JP4858551B2 - インクジェットヘッド - Google Patents

Description

本発明は、被記録媒体に対してインクを吐出するインクジェットヘッドに関する。

従来から、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドとして、ノズルにインクを供給する共通インク室に対向するように、ダンパー室が設けられたものがある。特許文献１のインクジェットヘッドは、キャビティ室とこのキャビティ室に連通するインクマニホールド（共通インク室）とが形成されたキャビティプレートと、キャビティ室に連通するノズルを備え、キャビティプレートの下面に設けられたノズルプレートと、キャビティプレートの上面に設けられて、キャビティ室内を加圧する振動板と圧電素子板とを有する。さらに、圧電素子板には、インクマニホールドと対向するダンパー室が形成されており、このダンパー室は、圧電素子板の側面に設けられた連通孔によって外部と連通している。

特開平９−１４１８５６号公報

前記特許文献１のインクジェットヘッドにおいては、ダンパー室が連通孔を介してヘッド（圧電素子板）の側面に開口している。

本発明の目的は、ダンパー室内へのインクの浸入を抑制することが可能なインクジェットヘッド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の発明のインクジェットヘッドは、共通インク室とこの共通インク室に夫々連通する複数のノズルとを含むインク流路が形成された流路ユニットを備え、
前記流路ユニットの一表面は、前記複数のノズルが開口したインク吐出面となっており、さらに、前記流路ユニットは、前記共通インク室と対向する位置に形成されたダンパー室を含み且つ前記ダンパー室を大気に連通させる空気通路を有し、前記空気通路は、前記流路ユニットの前記インク吐出面とは反対側の面において開口し、
前記流路ユニットは、前記共通インク室から複数の前記ノズルに至る複数の個別流路の途中部に夫々設けられ、且つ、前記インク吐出面とは反対側の面に沿って配置された複数の圧力室を含み、これら複数の前記圧力室の少なくとも一部は、前記共通インク室と部分的に対向するように配置され、前記一部の圧力室と対向し、且つ、前記共通インク室とは対向しない領域には、コンプライアンス調整用空間がそれぞれ形成され、前記コンプライアンス調整用空間は、前記空気通路に連通していることを特徴とするものである。

この構成によれば、空気通路の開口部が、インクを吐出するノズルから離れて位置することになるため、ダンパー室を含む空気通路内へインクが浸入しにくくなる。また、圧力室と対向するが、共通インク室とは対向しない領域に、コンプライアンス調整用空間が形成されることにより、複数の圧力室に関してコンプライアンスのばらつきを小さくすることができる。

第２の発明のインクジェットヘッドは、前記第１の発明において、前記流路ユニットに供給するインクの流路を有し、前記流路ユニットの前記インク吐出面と反対側の面と対向するように配置され、さらに、前記流路ユニットとの対向面において、前記流路の開口が形成されるとともに周囲から突出して前記流路ユニットの前記反対側の面に接触した突出領域と、前記突出領域以外の、前記反対側の面から離隔した離隔領域とを有する、ベースブロックと、前記ベースブロックの前記離隔領域と、前記流路ユニットの前記反対側の面との間に配設され、且つ、前記流路ユニットの前記反対側の面に接着されたアクチュエータユニットと、を備え、前記空気通路は、前記流路ユニットの前記反対側の面の、前記ベースブロックの前記離隔領域と対向する領域において開口していることを特徴とするものである。
第３の発明のインクジェットヘッドは、前記第２の発明において、前記流路ユニットの前記インク吐出面と反対側の面に、前記ベースブロックの前記突出領域に形成された前記流路の開口と接続されるインク供給口が形成され、前記空気通路は、前記流路ユニットの前記反対側の面において、前記インク供給口と前記アクチュエータユニットとに挟まれた位置において開口していることを特徴とするものである。
第４の発明のインクジェットヘッドは、前記第１〜第３の何れかの発明において、前記空気通路は、２つの前記ダンパー室と、前記２つのダンパー室に共通に接続されるとともに、前記流路ユニットの前記インク吐出面とは反対側の面において開口する１本の大気連通路を含み、前記２つのダンパー室の間で、これらダンパー室から前記大気連通路との接続部までの距離が等しいことを特徴とするものである。

この構成によれば、２つのダンパー室の間で、圧力変動の吸収特性を均一なものとすることができる。

さらに、前記コンプライアンス調整用空間は、前記一部の圧力室の前記共通インク室と対向する面積に応じた大きさを有するものであってもよい（第５の発明）。

また、前記流路ユニットは、積層状の複数枚の金属プレートで構成されてその内部に少なくとも前記共通インク室を有するプレート積層体と、前記複数のノズルが形成され、前記プレート積層体の最外層に位置する２枚のプレートのうちの一方に接着されるノズルプレートを有するものであってもよく、この場合には、前記空気通路は、前記プレート積層体の最外層に位置する２枚のプレートのうちの他方において開口している（第６の発明）。

本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの斜視図である。 図１のII-II線断面図である。 ヘッド本体の平面図である。 図３の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。 ヘッド本体の断面図であり、（ａ）は図４のVA-VA線断面図、（ｂ）は図４のVB-VB線断面図である。 流路ユニットを構成する金属プレート（ノズルプレートを除く）の積層状態を示す分解斜視図である。 カバープレートの平面図である。 サプライプレートの平面図である。 図８の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。 ４枚のマニホールドプレートのうちの、図６における上から２番目のマニホールドの平面図である。 切欠部の拡大斜視図である。 （ａ）はアクチュエータユニットの部分拡大断面図、（ｂ）は個別電極及びランド部の平面図である。 インクジェットヘッドの製造工程を示す工程図である。 拡散接合工程の説明図である。 変更形態の流路ユニットを構成する金属プレート（ノズルプレートを除く）の積層状態を示す分解斜視図である。 変更形態の切欠部の斜視図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、インクジェットヘッドの外観斜視図であり、図２は、図１のII−II線に沿った断面図である。本実施形態のインクジェットヘッドは、インクジェットプリンタ（図示略）に設けられて、搬送されてきた用紙に対してインクを吐出して用紙に記録するものである。図１、図２に示すように、インクジェットヘッド１は、用紙に対してインクを吐出するための主走査方向に延在した矩形平面形状を有するヘッド本体７０と、ヘッド本体７０の上方に配置され且つヘッド本体７０に供給されるインクの流路である２つのインク溜まり３が形成されたベースブロック７１と、これらヘッド本体７０とベースブロック７１とを保持するホルダ７２とを備えている。

ヘッド本体７０は、その内部にインク流路３２（図５参照）が形成された流路ユニット４と、この流路ユニット４の上面に接着された複数のアクチュエータユニット２１とを含んでいる。本実施の形態では、流路ユニット４の長手方向に沿って４つのアクチュエータユニット２１が配置されている。これら流路ユニット４及びアクチュエータユニット２１は共に、積層状の複数の薄板を互いに接合することにより形成された薄板の積層体からなる。また、図２に示すように、各アクチュエータユニット２１の上面にはフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit）５０が接着され、左右に引き出されている。ベースブロック７１は、例えばステンレスなどの金属材料からなり、このベースブロック７１内のインク溜まり３は、ベースブロック７１の長手方向に沿って形成された略直方体の中空領域である。

ベースブロック７１の下面７３は、開口３ｂの近傍において周囲よりも下方に突出しており、ベースブロック７１は、下面７３の開口３ｂの近傍部分７３ａにおいてのみ流路ユニット４と接触している。そのため、ベースブロック７１の下面７３の開口３ｂ近傍部分７３ａ以外の領域は、ヘッド本体７０から離隔しており、この離隔部分にアクチュエータユニット２１が配設されている。

ホルダ７２は、把持部７２ａと、把持部７２ａの上面から鉛直方向に延びる平板状の一対の突出部７２ｂとを含んでいる。そして、ベースブロック７１は、ホルダ７２の把持部７２ａの下面側に形成された凹部内に接着固定されている。各アクチュエータユニット２１に接着されたＦＰＣ５０は、スポンジなどの弾性部材８３を介してホルダ７２の突出部７２ｂの表面に沿うようにそれぞれ配置されており、ＦＰＣ５０上にはドライバＩＣ８０が設置されている。そして、ＦＰＣ５０は、ドライバＩＣ８０から出力された駆動信号をヘッド本体７０のアクチュエータユニット２１（後に詳述）に伝達するように、両者とハンダ付けによって電気的に接合されている。

ドライバＩＣ８０の外側表面には略直方体形状のヒートシンク８２が密着状に配置されており、このヒートシンク８０を介してドライバＩＣ８０で発生した熱が外部に放散される。また、ドライバＩＣ８０及びヒートシンク８２の上方であって、ＦＰＣ５０の外側には、ＦＰＣ５０を介してドライバＩＣ８０と電気的に接続された基板８１が配置されている。尚、ヒートシンク８２の上面と基板８１との間、および、ヒートシンク８２の下面とＦＰＣ５０との間には、インクジェットヘッド１内にゴミやインクが侵入するのを防止するためのシール部材８４が介装されている。

図３はヘッド本体７０の平面図である。図３に示すように、流路ユニット４は、一方向（主走査方向）に長い矩形の平面形状を有している。ベースブロック７１の各インク溜まり３（図２参照）に設けられた開口３ｂはマニホールド５に連通し、さらに各マニホールド５の先端部は分岐している。この分岐位置からは、副マニホールド５ａが流路ユニット４の長手方向に延びている。尚、マニホールド５及びマニホールド５から分岐する副マニホールド５ａが、本願発明の共通インク室に相当する。

流路ユニット４には、複数の圧力室１０及び複数のノズル８（図４参照）が配置された台形の領域が４つ設けられている。そして、この流路ユニット４の上面には、平面形状が台形である４つのアクチュエータユニット２１が、ノズル８や圧力室１０を含む４つの台形領域に夫々対応して接着されている。各アクチュエータユニット２１は、開口３ａを避けるように千鳥状で２列に配列されている。また、各アクチュエータユニット２１は、その平行対向辺（上辺及び下辺）が流路ユニット４の長手方向に沿うように配置されている。複数の開口３ａは流路ユニット４の長手方向に沿って２列に配列されており、各列５個、計１０個の開口３ａがアクチュエータユニット２１と干渉しない位置に設けられている。そして、隣接するアクチュエータユニット２１の斜辺同士が、流路ユニット４の幅方向（副走査方向）に部分的にオーバーラップしている。尚、各アクチュエータユニット２１の下側には、互いに離隔した計４つの副マニホールド５ａが延在している。

図４は、図３の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。図４に示すように、流路ユニット４の上面には、複数の圧力室１０が平面に沿ってマトリクス状に配列されている。そして、流路ユニット４の下面は、複数の圧力室１０に夫々連通する複数のノズル８がマトリクス状に配列されたインク吐出領域となっている。

図４に示すように、複数の圧力室１０は、副マニホールド５ａの延在方向（図４の左右方向）に複数列（圧力室列１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）に配列されている。各圧力室１０は、角部にアールが施された略菱形の平面形状を有しており、その長い方の対角線は流路ユニット４の幅方向に平行である。各圧力室１０の一端はノズル８に連通しており、他端はアパーチャ１２を介して共通インク室としての副マニホールド５ａに連通している。平面視において各圧力室１０と重なり合う位置には、圧力室１０と相似でこれよりも一回り小さい平面形状を有するアクチュエータユニット２１の個別電極３５が配置されている。図４においては、図面を簡略にするために、多数の個別電極３５の一部のみが示されている。なお、図４及び図５において、図面を分かりやすくするために、流路ユニット４内にあって破線で示されるべき圧力室１０、アパーチャ１２等のインク流路は実線で示されている。

次に、ヘッド本体７０の断面構造について図５（ａ），（ｂ）及び図６を参照して説明する。図５（ａ）は、図４のVA−VA線断面図であり、図５（ｂ）は、図４のVB−VB線断面図である。図５（ａ），（ｂ）に示すように、ノズル８は、圧力室１０及びアパーチャ１２を介して副マニホールド５ａと連通している。つまり、ヘッド本体７０には、マニホールド５及び副マニホールド５ａから、アパーチャ１２、圧力室１０を経てノズル８に至るインク流路３２が形成されている。

ヘッド本体７０は、アクチュエータユニット２１と、１０枚のプレート２２〜３１が積層された流路ユニット４とから構成されている。

アクチュエータユニット２１は、互いに積層された４枚の圧電シート４１〜４４（図１２参照）を有する。これら圧電シート４１〜４４は、夫々、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる。尚、後述するように、最上層の圧電シート４１は電界が印加されて活性層となる部分を有する層（以下、単に「活性層を有する層」と記する）であるが、残りの３層の圧電シート４２〜４４は非活性層となっている。

一方、流路ユニット４を構成する、キャビティプレート２２、ベースプレート２３、アパーチャプレート２４、サプライプレート２５、マニホールドプレート２６、２７、２８、２９、カバープレート３０及びノズルプレート３１の１０枚のプレートは、夫々、ステンレス鋼等からなる金属プレートである。

キャビティプレート２２には、複数の圧力室１０がマトリクス状に形成されている。ベースプレート２３には、圧力室１０とアパーチャ１２との連絡孔と、圧力室１０からノズル８への連絡孔とが形成されている。アパーチャプレート２４には、ハーフエッチングで形成されたアパーチャ１２と、圧力室１０からノズル８への連絡孔が形成されている。また、サプライプレート２５には、アパーチャ１２と副マニホールド５ａとの連絡孔と、圧力室１０からノズル８への連絡孔とが形成されている。さらに、４枚のマニホールドプレート２６〜２９（インク室形成プレート）には、マニホールド５（図３、図４参照）及びマニホールド５から分岐した副マニホールド５ａと、圧力室１０からノズル８への連絡孔が形成されている。カバープレート３０には、圧力室１０からノズル８への連絡孔が形成されている。また、ノズルプレート３１には、マトリクス状に配列された複数のノズル８が形成されている。

そして、１０枚の金属プレート２２〜３１は、図５（ａ），（ｂ）に示すようなインク流路３２が形成されるように、互いに位置合わせして積層される。インク流路３２は、マニホールド５から分岐した副マニホールド５ａから上方へ向かい、アパーチャ１２において水平に延在し、それからさらに上方に向かい、圧力室１０において再び水平に延在し、さらに、アパーチャ１２から離れる方向に斜め下方に向かってから垂直下方のノズル８へと向かう。そして、インク流路３２は、全体的に、圧力室１０を頂点として上方へ凸となる弓なりに構成されている。

図７にカバープレート３０をノズルプレート３１側から見た平面図を示す。この図７に示すように、カバープレート３０の下面（ノズルプレート３１と接合される面）の、マニホールド５が開口３ａ（図３参照）から連なる部分と対向する位置にはハーフエッチングにより凹部３０ｂが設けられている。この凹部３０ｂは、ノズルプレート３１により封止されてダンパー室６５を形成する。このダンパー室６５は、後述のアクチュエータユニット２１により圧力室１０内のインクが加圧されたときに、圧力室１０からマニホールド５に伝播した圧力変動を吸収するためのものである。また、カバープレート３０には、ダンパー室６５から夫々延びる溝３０ｃも形成されており、各々の溝３０ｃは、カバープレート３０に形成された大気連通孔３０ａに連なっている。さらに、図６に示すように、大気連通孔３０ａには、カバープレート３０よりも上方に位置する８枚のプレート２２〜２９に夫々形成された、大気連通孔２９ａ，２８ａ，２７ａ，２６ａ，２５ａ，２４ａ，２３ａ、２２ａが連なっている。即ち、溝３０ｃ及び大気連通孔２２ａ〜３０ａにより、ダンパー室６５を含み且つこのダンパー室を大気へ連通させる空気通路６６が形成されている。これにより、マニホールド５内のインクの圧力変動をダンパー室６５によりさらに効果的に吸収することができるようになっている。また、空気通路６６は、ノズルプレート３１と反対側に位置するキャビティプレート２２において開口している。そのため、空気通路６６の開口部（大気連通孔２２ａ）がインクを吐出するノズル８から離れて位置することになり、空気通路６６内にインクが浸入しにくくなっている。尚、本実施の形態では、大気連通孔３０ａは、２つのダンパー室６５からほぼ等距離の位置に形成されている。そのため、これら２つのダンパー室６５の間で、圧力変動に対する吸収特性が均一なものとなっている。

また、図４に示すように、複数の圧力室１０は、主走査方向（図４の左右方向）に複数列に配列されている。そして、これら複数列の圧力室列のうち、圧力室列１１ａ，１１ｂに属する圧力室１０は、その大部分が副マニホールド５ａと対向しているのに対して、別の圧力室列１１ｃ，１１ｄに属する圧力室１０は、一部分しか副マニホールド５ａと対向していない。つまり、圧力室列１１ａ，１１ｂに属する圧力室１０と、圧力室列１１ａ，１１ｂに属する圧力室１０とでは、副マニホールド５ａとの対向面積が異なるため、これらの圧力室１０間でコンプライアンス（剛性の逆数）に差が生じる。そして、このように、複数の圧力室１０に関してコンプライアンスがばらつくと、ノズル８から吐出されるインクの液滴体積や液滴速度等の吐出特性が複数のノズル８でばらついてしまうことになり、印字品質が低下する。そこで、本実施形態の流路ユニット４においては、図５（ｂ）に示すように、副マニホールド５ａとの対向面積が少ない、圧力室列１１ｃ，１１ｄに属する圧力室１０と対向する部分に、剛性を低下させてコンプライアンスを増加させるための空間６７（コンプライアンス調整用空間）が形成されている。

図８はサプライプレート２５の平面図である。また、図９は図８の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。尚、図９においては、説明の利便性から、サプライプレート２５よりも上方に位置する圧力室１０を２点鎖線で示し、サプライプレート２５よりも下側に形成されている空間６７、マニホールド５及び副マニホールド５ａを点線で示している。図５（ｂ）、図９に示すように、この空間６７は、マニホールドプレート２６の、圧力室１０と対向する部分に設けられた円形の平面形状を有する孔により形成されている。そして、複数の空間６７が、複数の圧力室１０と夫々対応して主走査方向（図９の左右方向）に配列されている。

ところで、本実施形態のインクジェットヘッド１においては、流路ユニット４を構成する１０枚の金属プレート２２〜３１のうち、ノズルプレート３１を除く９枚の金属プレート２２〜３０は、積層された状態で拡散接合により一度に接合される。その際、図１４に示すように、積層状の９枚のプレート２２〜３０に、平面状の当接面６０ａ，６１ａを夫々有する１対の治具６０，６１を上下両面から密着状に当接させて挟み、真空条件下で高温（１０００℃程度）に加熱しながら加圧することにより、金属プレートの積層体６８を作製する。

ここで、積層状の９枚の金属プレート２２〜３０には、容積の大きいマニホールド５、副マニホールド５ａ、圧力室１０などを含むインク流路３２が形成されているが、図５（ａ），（ｂ）及び図６に示すように、このインク流路３２は上端（キャビティプレート２２）及び下端（カバープレート３０）においてのみ開口している。これらの開口は、キャビティプレート２２とカバープレート３０に夫々当接する治具６０，６１により密閉状に塞がれることになる。すると、このインク流路３２内に空気が閉じこめられることになり、拡散接合時の加熱工程及びその後の冷却工程において、空気が膨張・収縮して圧力が変動する。それに伴い、金属プレート２２〜３０の接合面における接合不良が生じることが心配される。同様に、下端のダンパー室６５及び上端の大気連通孔２２ａにおいてのみ開口した空気通路６６や、マニホールドプレート２６に形成されたコンプライアンス調整用の空間６７においても同様の状況が起こりえる。

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、プレート積層体６８を構成する９枚の金属プレート２２〜３０には、マニホールド５、副マニホールド５ａ及び圧力室１０を含むインク流路３２を大気に連通させる第１大気連通路４６と、ダンパー室６５を含む空気通路６６を大気に連通させる第２大気連通路４７と、コンプライアンス調整用の空間６７を大気に連通させる第３大気連通路４８が夫々形成されている。

図１０は、マニホールドプレート２７をノズルプレート３１側から見た平面図である。図１０に示すように、このマニホールドプレート２７の下面には、マニホールド５の一部を形成する２つの孔２７ｂからマニホールドプレート２７の長手方向に沿う２つの側面（図１０の左右両側面）まで夫々延びる溝２７ｃが形成されている。これら溝２７ｃはハーフエッチングで形成されて、２本の第１大気連通路４６を構成している。即ち、第１大気連通路４６は、マニホールド５から直接分岐して大気へ開口している。そのため、最も容積の大きいマニホールド５内の空気を第１大気連通路４６を介して確実に排出することができるようになっている。

また、図６、図８に示すように、サプライプレート２５の上面には、大気連通孔２５ａにおいて空気通路６６から分岐してサプライプレート２５の２つの側面（図８の左右両側面）まで夫々延びる２本の溝２５ｂがハーフエッチングで形成されている。これら溝２５ｂにより大気へ開口する２本の第２大気連通路４７が形成されている。従って、ダンパー室６５を含む空気通路６６内の空気を第２大気連通路４７を介して排出することができる。尚、本実施の形態では、流路ユニット４には４本の空気通路６６が形成されている。そのため、図８に示すように、サプライプレート２５の長手方向中央部に位置する、残りの２つの大気連通孔２５ａは、それぞれ近接する溝２５ｅに、溝２５ｂ’を介して接続されている。

さらに、図５（ｂ）、図９に示すように、サプライプレート２５には、主走査方向（図９の左右方向）に配列されたコンプライアンス調整用の複数の空間６７に夫々連通する複数の連通孔２５ｃが形成されている。また、図６、図９に示すように、サプライプレート２５の上面には、複数の連通孔２５ｃに連通して主走査方向に延びる複数の溝２５ｄと、これら複数の溝２５ｄに連通する溝２５ｅとがハーフエッチングで形成されている。そして、連通孔２５ｃ、溝２５ｄ、及び、溝２５ｅにより、大気へ開口する第３大気連通路４８が形成されている。従って、複数のコンプライアンス調整用の空間６７内の空気を、第３大気連通路４８を介して排出することができる。尚、本実施の形態では、この第３大気連通路４８は第２大気連通路４７とその大気への開口部付近で合流している。

尚、以上説明したように、第１大気連通路４６、第２大気連通路４７、及び、第３大気連通路４８は、拡散接合時の空気排出のために設けられているものであるが、インクジェットヘッド１の組み立て後にこれら大気連通路４６〜４８が大気に開口したままだと、インク流路３２から分岐した第１大気連通路４６からインクが漏れることになる。また、第２大気連通路４７及び第３大気連通路４８からダンパー室６５やコンプライアンス調整用の空間６７内にインク等が浸入してしまう。そこで、これら第１大気連通路４６の開口部４６ａと第２大気連通路４７の開口部４７ａは、例えばエポキシ樹脂系の封止材により封止されている。

図１１に示すように、第１大気連通路４６と第２大気連通路４７は、マニホールドプレート２７とサプライプレート２５の同じ側の側面に開口している。第１大気連通路４６の開口部４６ａは、マニホールドプレート２７の側部に形成された切欠部分５０（第１切欠部分）を介して大気に開口している。また、第２大気連通路４７の開口部４７ａは、サプライプレート２５の側部に形成された切欠部分５１（第２切欠部分）を介して大気に開口している。尚、図１１に示すように、マニホールドプレート２７の切欠部分５０と、サプライプレート２５の切欠部分５１は、同じ幅に形成されている。さらに、マニホールドプレート２７とサプライプレート２５との間のマニホールドプレート２６にも、積層状態で２つの切欠部分５０，５１と夫々重なる位置に、同じ幅を有する切欠部分５２が形成されている。そして、これら３つの切欠部分５０，５１，５２は互いに連通している。つまり、３つの切欠部分５０，５１，５２からなり、２つの開口部４６ａ，４７ａを互いに連通させる切欠部５３がサプライプレート２５とマニホールドプレート２６，２７の積層状の３枚のプレートに亙って形成されている。

また、図１１に示すように、切欠部５３の幅Ｗ１（例えば、１ｍｍ程度）や切欠部５３の切欠深さＢ１（例えば、０．５ｍｍ程度）は、開口部４６ａ，４７ａの幅Ｗ２（例えば、０．１ｍｍ程度）と比べて十分大きくなっている。即ち、切欠部５３のプレート面に直交する断面における断面積（大気に対する開口部の面積）は、第１大気連通路４６及び第２大気連通路４７の、開口部４６ａ，４７ａにおける通路面積よりも大きくなっており、切欠部５３内の容積はかなり大きいものとなっている。従って、この切欠部５３に封止材を充填すると、この封止材は、毛管力により切欠部５３よりも通路面積の小さい第１大気連通路４６及び第２大気連通路４７に流れ込むことになり、開口部４６ａ，４７ａを容易且つ確実に封止することができる。さらに、第１大気連通路４６の開口部４６ａと第２大気連通路４７の開口部４７ａを同時に封止することができる。

ここで、第２大気連通路４７に封止材が流入したときに、開口部４７ａと空気通路６６との距離にもよるが、封止材が空気通路６６（大気連通孔２５ａ）を詰まらせたり、あるいは、封止材がダンパー室６５まで流入して、その圧力変動を減衰させる機能が低下してしまう虞がある。そこで、図６、図８、及び、図１１に示すように、第２大気連通路４７は、その開口部４７ａ近傍の位置に配置され、その通路面積が部分的に拡大した通路拡大部４７ｂを有する。本実施の形態では、この通路拡大部４７ｂは矩形の平面形状に形成されており、通路拡大部４７ｂの幅は切欠部５３の幅とほぼ等しく（例えば、１ｍｍ程度）、第２大気連通路４７の開口部４７ａの幅Ｗ２と比べて十分大きくなっている。そのため、開口部４７ａに比べて通路拡大部４７ｂにおける毛管力は小さくなるため、切欠部５３から第２大気連通路４７の開口部４７ａに流入した封止材は、通路拡大部４７ｂから先へ流入しにくくなる。さらに、図８に示すように、第３大気連通路４８も、第２大気連通路４７との合流部近傍の位置に配置された通路拡大部４８ｂを有する。そのため、第２大気連通路４７から第３大気連通路４８内に流入した封止材が、通路拡大部４８ｂから先へ流入しにくくなり、コンプライアンス調整用の空間６７内に封止材が流入するのを防止できる。尚、第１大気連通路４６は、このような通路拡大部を有していない。その理由は、仮に封止材がマニホールド内５内に浸入しても、マニホールド５の機能が損なわれることがないからである。

次に、アクチュエータユニット２１の構造について図１２を参照して説明する。図１２（ａ），（ｂ）に示すように、アクチュエータユニット２１は、複数の圧力室１０に跨って延在する４枚の圧電シート４１〜４４と、最上層の圧電シート４１上において複数の圧力室１０に夫々対向する位置に配置された複数の個別電極３５と、複数の個別電極３５と共に最上層の圧電シート４１を挟む共通電極３４とを有する。

圧電シート４１〜４４は略同じ厚さ（例えば、１５μｍ程度）を有し、これら圧電シート４１〜４４は、多数の圧力室１０に亙って連続的に配置されて、キャビティプレート２２に接着されている。そのため、スクリーン印刷技術等を用いることにより圧電シート４１上に複数の個別電極３５を高密度に形成することが可能となっている。尚、圧電シート４１〜４４は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料などの強誘電性を有する圧電材料からなる。

図１２に示すように、個別電極３５は、圧力室１０と略相似で且つ圧力室１０よりも１回り小さい菱形の平面形状を有する。各個別電極３５は、最上層の圧電シート４１上面の、平面視で圧力室１０内に収まる領域に形成されており、圧電シート４１の上面において圧力室１０と同様にマトリクス状に配置されている。略菱形の個別電極３５における鋭角部の一方は全て同方向に延出され、この延出部にランド部３６が設けられている。ランド部３６は、略１６０μｍの径を有する円形形状を有し、例えばガラスフリットを含む金からなる。また、ランド部３６はＦＰＣ５０（図１及び図２参照）に設けられた接点と電気的に接合されており、ドライバＩＣ８０（図１及び図２参照）からランド部３６を介して個別電極３５に圧力室１０の容積を変化させる為の駆動信号が入力される。

共通電極３４は、最上層の圧電シート４１とその下側の圧電シート４２との間においてシート全面に形成されている。尚、この共通電極３４の厚みは、例えば略２μｍ程度である。この共通電極３４は、図示しない領域において接地されており、すべての圧力室１０に対向する領域において等しくグランド電位に保たれている。
尚、個別電極３５と共通電極３４は、共に、例えばＡｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる。

次に、アクチュエータユニット２１の駆動方法について述べる。アクチュエータユニット２１における圧電シート４１の分極方向はその厚み方向である。つまり、アクチュエータユニット２１は、上側（つまり、圧力室１０とは離れた）１枚の圧電シート４１を活性層が存在する層とし且つ下側（つまり、圧力室１０に近い）３枚の圧電シート４２〜４４を非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプの構成となっている。従って、個別電極３５を正又は負の所定電位とすると、例えば電界と分極とが同方向であれば圧電シート４１中の電極に挟まれた電界印加部分が活性層として働き、圧電横効果により分極方向と直角方向に縮む。一方、圧電シート４２〜４４は、電界の影響を受けないため自発的には縮まないので、上層の圧電シート４１と下層の圧電シート４２〜４４との間で、分極方向と垂直な方向への歪みに差を生じることとなり、圧電シート４１〜４４全体が非活性側に凸となるように変形しようとする（ユニモルフ変形）。このとき、図１２（ａ）に示すように、圧電シート４１〜４４の下面は圧力室１０を区画するキャビティプレート２２の上面に固定されているので、結果的に圧電シート４１〜４４は圧力室側へ凸になるように変形する。このため、圧力室１０の容積が低下して、インクの圧力が上昇し、ノズル８からインクが吐出される。その後、個別電極３５を共通電極３４と同じ電位に戻すと、圧電シート４１〜４４は元の形状になって圧力室１０の容積が元の容積に戻るので、インクをマニホールド５側から吸い込む。

なお、他の駆動方法として、予め個別電極３５を共通電極３４と異なる電位にしておき、吐出要求があるごとに個別電極３５を共通電極３４と一旦同じ電位とし、その後所定のタイミングにて再び個別電極３５を共通電極３４と異なる電位にすることもできる。この場合は、個別電極３５と共通電極３４とが同じ電位になるタイミングで、圧電シート４１〜４４が元の形状に戻ることにより、圧力室１０の容積は初期状態（両電極の電位が異なる状態）と比較して増加し、インクがマニホールド５側から圧力室１０内に吸い込まれる。その後再び個別電極３５を共通電極３４と異なる電位にしたタイミングで、圧電シート４１〜４４が圧力室１０側へ凸となるように変形し、圧力室１０の容積低下によりインクへの圧力が上昇し、インクが吐出される。

次に、インクジェットヘッド１の製造方法について、図１３のフローチャートを参照して説明する。尚、図１３において、Ｓｉ（ｉ＝１０，１１，・・・）は各ステップを示す。

まず、流路ユニット４を構成する金属プレート２２〜３１のうち、キャビティプレート２２、ベースプレート２３、アパーチャプレート２４、サプライプレート２５、マニホールドプレート２６、２７、２８、２９及び、カバープレート３０の９枚の金属プレートに、圧力室１０、マニホールド５及び副マニホールド５ａを含むインク流路３２、ダンパー室６５を含む空気通路６６（図６参照）、及び、コンプライアンス調整用の複数の空間６７（図５（ｂ）、図９参照）を、エッチング等により形成する（Ｓ１０）。このとき、インク流路３２から分岐する第１大気連通路４６、空気通路６６から分岐する第２大気連通路４７、及び、コンプライアンス調整用空間６７に連通して第２大気連通路４７に合流する第３大気連通路４８も同時に形成する（第１工程）。本実施の形態では、アパーチャプレート２４のアパーチャ１２、ダンパー室６５及び３つの大気連通路４６，４７，４８は、ハーフエッチングにより形成されている。さらに、マニホールドプレート２７に、第１大気連通路４６の開口部４６ａに連なる切欠部分５０（図１１参照）を形成するとともに、サプライプレート２５に、第２大気連通路４７の開口部４７ａに連なる切欠部分５１（図１１参照）を形成し、その間のマニホールドプレート２６にも、積層状態で２つの切欠部分５０，５１に夫々連通する切欠部分５２（図１１参照）も形成する。

次に、図１４に示すように、９枚の金属プレート２２〜３０を積層する（Ｓ１１）。このとき、図１１に示すように、マニホールドプレート２６，２７及びサプライプレート２５の３枚のプレートに夫々形成された３つの切欠部分５０〜５２が互いに連通するように位置合わせした状態で積層する。そして、拡散接合用の加熱炉内において、平面状の当接面６０ａ，６１ａを夫々有する１対の治具６０，６１をキャビティプレート２２とカバープレート３０に夫々当接させて挟み込む（Ｓ１２）。このとき、圧力室１０、マニホールド５及び副マニホールド５ａを含むインク流路３２、及び、ダンパー室６５を含む空気通路６６の、キャビティプレート２２及びカバープレート３０における開口部が１対の治具６０，６１により塞がれてしまうことになる。しかし、第１大気連通路４６及び第２大気連通路４７を介して、インク流路３２及び空気通路６６は大気に連通している。また、マニホールドプレート２６に形成されたコンプライアンス調整用の空間６７も第３大気連通路４８を介して大気に連通している。

この状態で、真空ポンプを用いて加熱炉内を排気する（Ｓ１３）。すると、大気連通路４６〜４８を介して、インク流路３２、空気通路６６、及び、コンプライアンス調整用空間６７内の空気が夫々排出される。そして、加熱炉内で、９枚の金属プレート２２〜３０を高温（例えば、１０００℃程度）に加熱しながら治具６０，６１により加圧して、９枚の金属プレート２２〜３０を拡散接合する（Ｓ１４：第２工程）。このように、インク流路３２等の内部の空気を完全に排出してから拡散接合を行うため、空気の膨張・収縮に起因する金属プレート２２〜３０の変形や、接合面における接合不良を防止できる。このようにして接合されたプレート積層体６８は、所定温度までさめるのを待って加熱炉から取り出される。

次に、切欠部５３に封止材を充填し、切欠部５３に連通する第１大気連通路４６の開口部４６ａと第２大気連通路４７の開口部４７ａを同時に封止する（Ｓ１５：第３工程）。そして、カバープレート３０にノズルプレート３１を接着剤で接着し、流路ユニット４の作製を完了する（Ｓ１６）。最後に、流路ユニット４（キャビティプレート２２）にアクチュエータユニット２１を接着剤で接着する（Ｓ１７）。

以上説明したインクジェットヘッド１及びその製造方法によれば、次のような効果が得られる。
流路ユニット４を構成する金属プレートのうちの積層状の９枚の金属プレート２２〜３０に、マニホールド５及び副マニホールド５ａを含むインク流路３２から分岐して大気へ開口する第１大気連通路４６と、ダンパー室６５を含む空気通路６６から分岐して大気へ開口する第２大気連通路４７と、コンプライアンス調整用の空間６７を大気に連通させる第３大気連通路４８とが形成されている。そのため、９枚の金属プレート２２〜３０を拡散接合する前に、インク流路３２、空気通路６６（ダンパー室６５）、及び、コンプライアンス調整用空間６７内の空気を大気連通路４６〜４８から確実に排出することができ、拡散接合時の空気の膨張・収縮に起因するプレートの変形や接合不良を防止できる。

拡散接合が完了した後に、第１大気連通路４６の開口部４６ａが封止されることから、インク流路３２内にインクが充填されたときに、インクが第１大気連通路４６を通って外部に漏れ出すことがない。また、第２大気連通路４７の開口部４７ａも封止されることから、ダンパー室６５内にインク等が浸入して、ダンパー室６５による圧力変動減衰機能が低下するのを防止できる。さらに、第２大気連通路４７に合流する第３大気連通路４８も同時に封止されることから、コンプライアンス調整用空間６７内にもインク等が浸入することがない。

第１大気連通路４６と第２大気連通路４７は、共に、９枚の金属プレート２２〜３０からなるプレート積層体６８の同じ側面まで延びて開口しており、さらに、それらの開口部４６ａ，４７ａは、プレート積層体６８の側面に形成された切欠部５３に連通している。そのため、この切欠部５３に封止材を充填することにより、第１大気連通路４６と第２大気連通路４７とを同時に封止することができ、封止作業が簡単になる。また、第３大気連通路４８は第２大気連通路４７に合流していることから、この第３大気連通路４８をも同時に封止することができ、封止作業がさらに簡単になる。さらに、切欠部５３の断面積は開口部の通路面積と比べて十分大きいため、切欠部５３に封止材を容易に充填することができる。これにより、封止材が外部に流れ出してしまい、ノズルプレート３１やアクチュエータユニット２１の表面にまで広がってそれぞれの機能を損なうことが防止される。

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］第１大気連通路、第２大気連通路、及び、第３大気連通路の経路は、前記実施形態のものに限定されるものではない。例えば、図１５、図１６に示すように、マニホールド５及び副マニホールド５ａ（共通インク室）を形成する４枚のマニホールドプレート２６Ａ，２７Ａ，２８，２９（インク室形成プレート）のうち、ノズルプレート３１から最も離れた位置にある、最上層のマニホールドプレート２６Ａに、第１大気連通路９６がマニホールド５から分岐して切欠部５３Ａまで延びていてもよい。この場合には、第１大気連通路９６の開口部９６ａとノズルプレート３１に形成されたノズル８とがさらに離れて位置することから、封止材により第１大気連通路９６の開口部９６ａを封止する際に、封止材がノズルプレート３１の下面のノズル面に付着しにくくなる。
あるいは、第１大気連通路がインク流路３２のうちのマニホールド５以外の部分から分岐して大気へ開口するように形成されていてもよい。

２］前記実施形態では、９枚の金属プレート２２〜３０を一度に拡散接合で接合しているが、本発明を適用可能な形態はこのようなものに限られるものではない。即ち、拡散接合される複数枚の金属プレート内に、少なくとも、マニホールド５及び副マニホールド５ａ（共通インク室）が形成されている場合であれば、本発明を適用することにより、前記実施形態と同様に、容積の大きいマニホールド５及び副マニホールド５ａ内の空気を確実に排出することができる。もちろん、少なくとも接合時において、積層体内部に閉塞されることになる空間が形成されているのであれば、本発明を適用することにより、その容積の大小に係わらず、接合不良のない良好な積層体を得ることができる。
あるいは、ノズルプレート３１も含めた１０枚の金属プレート２２〜３１を一度に拡散接合により接合してもよい。

３］前記実施形態では、コンプライアンスが小さい、圧力室列１１ｃ，１１ｄ（図４参照）に属する圧力室と対向する領域にのみコンプライアンス調整用の空間６７が設けられているが（図９参照）、特に、副マニホールド５ａとの対向面積が圧力室１０によってばらついている場合には、コンプライアンス調整用の空間が、例えば、副マニホールド５ａとの対向面積が大きい圧力室１０ほど小さく設定されるなど、圧力室１０の副マニホールド５ａとの対向面積に応じた大きさに設定されていてもよい。

１ インクジェットヘッド
４ 流路ユニット
５ マニホールド
５ａ 副マニホールド
８ ノズル
１０ 圧力室
２１ アクチュエータユニット
２２ キャビティプレート
２３ ベースプレート
２４ アパーチャプレート
２５ サプライプレート
２６，２６Ａ マニホールドプレート
２７，２７Ａ マニホールドプレート
２８ マニホールドプレート
２９ マニホールドプレート
３０ カバープレート
３１ ノズルプレート
３２ インク流路
６５ ダンパー室
６６ 空気通路

Claims (6)

1. 共通インク室とこの共通インク室に夫々連通する複数のノズルとを含むインク流路が形成された流路ユニットを備え、
   前記流路ユニットの一表面は、前記複数のノズルが開口したインク吐出面となっており、
   さらに、前記流路ユニットは、前記共通インク室と対向する位置に形成されたダンパー室を含み且つ前記ダンパー室を大気に連通させる空気通路を有し、
   前記空気通路は、前記流路ユニットの前記インク吐出面とは反対側の面において開口し、
   前記流路ユニットは、前記共通インク室から複数の前記ノズルに至る複数の個別流路の途中部に夫々設けられ、且つ、前記インク吐出面とは反対側の面に沿って配置された複数の圧力室を含み、
   これら複数の前記圧力室の少なくとも一部は、前記共通インク室と部分的に対向するように配置され、
   前記一部の圧力室と対向し、且つ、前記共通インク室とは対向しない領域には、コンプライアンス調整用空間がそれぞれ形成され、
   前記コンプライアンス調整用空間は、前記空気通路に連通していることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記流路ユニットに供給するインクの流路を有し、前記流路ユニットの前記インク吐出面と反対側の面と対向するように配置され、さらに、前記流路ユニットとの対向面において、前記流路の開口が形成されるとともに周囲から突出して前記流路ユニットの前記反対側の面に接触した突出領域と、前記突出領域以外の、前記反対側の面から離隔した離隔領域とを有する、ベースブロックと、
   前記ベースブロックの前記離隔領域と、前記流路ユニットの前記反対側の面との間に配設され、且つ、前記流路ユニットの前記反対側の面に接着されたアクチュエータユニットと、を備え、
   前記空気通路は、
   前記流路ユニットの前記反対側の面の、前記ベースブロックの前記離隔領域と対向する領域において開口していることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット。
3. 前記流路ユニットの前記インク吐出面と反対側の面に、前記ベースブロックの前記突出領域に形成された前記流路の開口と接続されるインク供給口が形成され、
   前記空気通路は、
   前記流路ユニットの前記反対側の面において、前記インク供給口と前記アクチュエータユニットとに挟まれた位置において開口していることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記空気通路は、
   ２つの前記ダンパー室と、前記２つのダンパー室に共通に接続されるとともに、前記流路ユニットの前記インク吐出面とは反対側の面において開口する１本の大気連通路を含み、
   前記２つのダンパー室の間で、これらダンパー室から前記大気連通路との接続部までの距離が等しいことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のインクジェットヘッド。
5. 前記コンプライアンス調整用空間は、前記一部の圧力室の前記共通インク室と対向する面積に応じた大きさを有することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のインクジェットヘッド。
6. 前記流路ユニットは、
   積層状の複数枚の金属プレートで構成されてその内部に少なくとも前記共通インク室を有するプレート積層体と、
   前記複数のノズルが形成され、前記プレート積層体の最外層に位置する２枚のプレートのうちの一方に接着されるノズルプレートを有し、
   前記空気通路は、前記プレート積層体の最外層に位置する２枚のプレートのうちの他方において開口していることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のインクジェットヘッド。
   

Images