JP4962352B2 - 液滴吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、液滴をノズル孔から吐出する液滴吐出ヘッドに関するものである。

従来から、オンディマンド型のインクジェットヘッドにおいては、特許文献１に開示されているように、複数個のノズル孔を備えたノズルプレートと、この各ノズル孔毎の圧力室を備えたベースプレートと、外部のインク供給源からのインクを溜めたのち圧力室にインクを供給する共通インク室を備えたマニホールドプレートを積層したキャビティプレートなどのプレートを積層してキャビティユニットを構成し、キャビティユニットの背面に各圧力室毎に駆動させる圧電アクチュエータを接合してなる積層型のインクジェットヘッドにおいて、共通インク室から圧力室に連通するインク通路の箇所に流通断面が小さく、流路抵抗を大きくした絞り部を形成するために、マニホールドプレートとノズルプレートとの間に、３枚のスペーサプレートを介挿させて積層している。そして、マニホールドプレートの上面に積層する下側スペーサプレートには、共通インク室に連通する導入孔が板厚方向に貫通させて設けられている。ノズルプレートの下面に積層する上側スペーサプレートには、連通路が同じく板厚方向に貫通させて設けられている。上記上下側スペーサプレートの間に位置する中間スペーサプレートには、断面積の小さい絞り部が平面視で圧力室の延びる方向に平行状に形成されている。この絞り部の一端（上流側端）と導入孔と共通インク室が連通しており、絞り部の他端（下流側端）と連通路と圧力室の上流側端とが連通するように構成されている。

この構成により、圧電アクチュエータの駆動により、圧力室の容積を変化させて、インク滴の噴射する場合に、前記絞り部のインク流の抵抗により、圧力室から共通インク室へのインクの戻り量を少なくしてインク滴の噴射（吐出）を安定して発生させると共に、インク滴噴射後に前記絞り部を経由して共通インク室から圧力室へ速やかにインクを供給して、ノズル孔部分におけるメニスカスを短時間で復帰させようとしている。

他方、特許文献２に開示されている液体噴射ヘッドのように、圧力発生室（圧力室）が形成された流路形成基板とリザーバ（共通インク室）が形成されたリザーバ形成基板との間に、板厚さの厚い圧力発生室底板と、板厚さの薄いインク供給口形成基板の２枚を介挿積層する。そして、圧力発生室底板には圧力発生室のインク流路上流側端に連通する比較的大きい断面積の供給連通孔が板厚を貫通するように設けられている。厚さ１５０μm でジルコニア製のインク供給口形成基板はリザーバ形成基板の一面を塞ぎ、このインク供給口形成基板には、リザーバ（共通インク室）及び上記供給連通孔に連通する断面積の小さいインク供給口（絞り部に相当）が板厚を貫通するように設けられている。
特開２００４−１６７９７４号公報 特開２００４−４２５５９号公報

しかしながら、特許文献１及び２では、絞り部を形成するために、圧力室（圧力発生室）が形成されたベースプレート（流路形成基板）と共通インク室（リザーバ）が形成されたマニホールドプレート（リザーバ形成基板）との間に３枚乃至２枚のプレートを、ベースプレート（流路形成基板）及びマニホールドプレート（リザーバ形成基板）の広巾面全体にわたるように介挿させているので、インクジェットヘッド（液体噴射ヘッド）の全体の高さ寸法をコンパクトにできないという問題があった。また、上記３枚乃至２枚のプレートをベースプレート（流路形成基板）及びマニホールドプレート（リザーバ形成基板）の広巾面全体にわたるように介挿させると、圧力室（圧力発生室）からノズル孔までのインク流路の一部を、上記３枚乃至２枚のプレートにも形成しなければならないので、インク流路の全長が長くなり、流路抵抗が大きくなってしまう。従って、インクジェットヘッド（液体噴射ヘッド）の高密度化、アクチュエータの低電圧化を図ることができない。

他方、製法としては、上記介挿させる３枚乃至２枚のプレートには、その各々の単独のプレートの状態で、絞り部の孔、連通孔などの孔を穿設したのち、１枚ずつ接着剤で順に積層して接合していくので、接合の手間が掛かると共に、絞り部の孔、連通孔と圧力室（圧力発生室）と共通インク室（リザーバ）とが丁度連通するように位置合わせする手間も掛かる。

さらに、特許文献２の場合、絞り部の孔を有するプレートと連通孔を有するプレートとを接着剤にて接合するとき、絞り部の孔に接着剤が進入（充填）して、絞り部の孔の断面積が縮小したり、詰まるなど、トラブルが発生するという問題もあった。

本発明は、これらの従来技術の問題を解決し、絞り部としての必要な流路抵抗を確保することができ、且つコンパクトで駆動電圧の低下が可能な液滴吐出ヘッドを提供することを目的とするものである。

この技術的課題を達成するため、請求項１に記載の発明の液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数のノズル孔と、この各ノズル孔と液体流路を介して連通する複数の圧力室と、液体供給源からの液体を前記各圧力室に供給する共通液室と、前記各圧力室における液体流れ方向上流側の端部と前記共通液室とを連通する絞り部と、を有するキャビティユニットと、前記圧力室毎に選択的に駆動可能な活性部を有して液滴を吐出させるエネルギー発生手段とが備えられた液滴吐出ヘッドであって、前記キャビティユニットは、前記圧力室を有する圧力室プレートと、前記共通液室を有する共通液室プレートと、前記圧力室プレートおよび前記共通液室プレートとの間に介挿された前記絞り部を有する絞り部プレートとを含む、複数枚のプレートの積層体であり、前記絞り部プレートは、互いに積層された少なくとも２層の第１および第２の絞り部形成層を有し、前記各絞り部形成層には、前記絞り部の一部を形成する第１および第２の絞り部形成孔がそれぞれ設けられ、前記第１の絞り部形成層は、前記第２の絞り部形成孔の周辺を覆って、前記各圧力室内または前記共通液室内のいずれか一方に収容された状態で前記第２の絞り部形成層に部分的に積層されていて、前記第２の絞り部形成孔よりも開口面積の小さい前記第１の絞り部形成孔が形成され、前記第１の絞り部形成孔は、前記絞り部における前記液体の流れの下流側に縮径するテーパ形状であり、前記第１の絞り部形成孔は前記各圧力室に対して１ずつ配置され、前記液滴が外部から前記各共通液室に供給される部位に設けられたフィルタ体よりも下流側に前記第１の絞り部形成孔が形成されているものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第１の絞り部形成孔は、前記各圧力室内に位置するように配置されているものである。

請求項１に記載の発明によれば、ノズル孔と、この各ノズル孔と液体流路を介して連通する圧力室と、共通インク室と、各圧力室の液体流れ方向上流側の端部に連通する絞り部とを有して複数枚のプレートの積層体で構成されたキャビティユニットと、液滴をを吐出させるエネルギー発生手段とが備えられた液滴吐出ヘッドであって、圧力室を有する圧力室プレートと、共通液室を有する共通液室プレートとの間に、絞り部を有する絞り部プレートとを介挿されていて、絞り部プレートは、互いに積層される少なくとも２層の第１および第２の絞り部形成層を有し、絞り部の一部をそれぞれ形成する第１および第２の絞り部形成孔が設けられ、前記第１の絞り部形成層が、前記第２の絞り部形成孔の周辺を覆って、前記各圧力室内または前記共通液室内のいずれか一方に収容された状態で、前記第２の絞り部形成層に部分的に積層されていて、前記第２の絞り部形成孔よりも開口面積の小さい前記第１の絞り部形成孔が形成されているものである。

従って、少なくとも２層からなる絞り部プレートにおける第１の絞り部形成層が、各圧力室内または前記共通液室内のいずれか一方にのみに収容された状態で第２の絞り部形成層に部分的に積層されているため、複数枚のプレートの積層体で構成されたキャビティユニットにおいて、第１の絞り部形成層の厚み分を圧力室からノズル孔までの液体流路の長さを短くすることができる。その結果、液体流路内を流れる液体の流路抵抗を小さくすることができるため、液滴吐出のためのエネルギー発生手段の駆動電圧を低めにすることができる。また、絞り部として必要な流路抵抗を確保しながらも、液滴吐出ヘッドの全体の厚さ寸法も薄くすることができ小型化に寄与できる。

第１の絞り部形成層を圧力室内に位置するように配置すれば、第２の絞り部形成孔よりも開口面積が小さく流路抵抗が高い第１の絞り部形成孔が圧力室内に液体が流れ込む下流側に位置することになるから、短い距離で圧力室から共通液室への液体の戻り量を少なくして、他のノズル孔に対するクロストークを少なくし、液滴の噴射（吐出）を安定して発生させることができる。よって、液滴噴射（吐出）後に絞り孔を経由して共通液室から圧力室へ速やかに液体を供給して、ノズル孔におけるメニスカスを短時間で復帰させることができる。

請求項１に記載の発明によれば、第１の絞り部形成孔は、前記絞り部における前記液体の流れの下流側に縮径するテーパ形状であるため、圧力室から共通液室へ伝播する圧力波などの干渉成分を抑制しやすい。

以下に、本発明の液滴吐出ヘッドの一例としてインクを記録媒体に吐出して所望の文字や画像等と記録（印刷）するプリンタに用いられるインクジェットヘッド１に具体化した実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１はインクジェットヘッド１の斜視図である。インクジェットヘッド１は、複数のノズル孔５（図２及び図３参照）を外部に開口させ内部にインク流路を有するキャビティユニット２と、キャビティユニット２内のインク（液体）に吐出圧力を与えるアクチュエータ（請求項のエネルギー発生手段）３とが積層されて構成されていて、アクチュエータ３には、アクチュエータ３に駆動信号を出力するフレキシブル配線材４がさらに積層配置される構造をしている。インクジェットヘッド１は、図示しないキャリッジを兼ねるヘッドホルダに搭載され、キャリッジが一方向に往復走査しながら、インクを吐出孔から吐出しつつ、図示しない搬送機構により、インクジェットヘッド１よりも下方で記録用紙が移動することで記録用紙にインクを記録することができる。なお、以下の説明では、キャビティユニット２のノズル孔５が開口された側を下面とし、アクチュエータ３が積層されている側を上面とする。図１〜図３では、下面側に開口するノズル孔５から、下向きにインクが吐出される。また、インクジェットヘッド１が往復走査する走査方向を図１のＹ方向とし、走査方向と直角する副走査方向を図１のＸ方向とする。

キャビティユニット２は、図２に示すように、ノズルプレート１１、スペーサプレート１２、ダンパープレート１３、２枚のマニホールドプレート１４ａ、１４ｂ（請求項の共通液室プレートに相当）、二層の材料からなるベースプレート１５（請求項の絞り部プレートに相当）、及びキャビティプレート１６（請求項の圧力室プレートに相当）の合計７枚の薄いプレートを、その各広幅面同士が対向するように積層し接着剤等により接合した構造となっている。

各プレート１１〜１６のうち、最下層のノズルプレート１１は、ポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂製のフィルム材で、２０〜４０μｍ程度の厚さである。なかでも、ポリイミド材料は、インクにアタック（浸食）されにくく、且つインクをアタックしにくい。また、インクを吐出する側の表面にインク滴が付着しにくい撥水膜を塗布するが、その塗布密着性も良い。残りのプレート１２、１３、１４ａ、１４ｂ、１６はＳＵＳや４２％ニッケル合金鋼板製である。その厚みが４０〜１５０μｍ程度の厚さを有している。

そして、ベースプレート１５は、１５０μｍ程度の厚さの４２％ニッケル合金鋼板製またはＳＵＳ等の金属材料で形成された金属層（請求項の第２の絞り部形成層）１５ａと、２０〜４０μｍ程度の厚さのポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート等の合成樹脂材料で形成された樹脂層（請求項の第１の絞り部形成層）１５ｂの二層の材料からなる。樹脂層１５ｂは、あとで詳しく説明するが、金属層１５ａの一部分にのみに積層されている。なお、ベースプレート１５は、予め金属層と樹脂層とを貼り合わせたり、印刷されたり、蒸着されたり、薄膜を形成する方法で一体化されている市販品を用いても良いし、別々に用意した金属層と樹脂層とを貼り合わせたりして用いてもよい。また、本実施形態では金属層と樹脂層の二層の材料からなるベースプレート１５を用いているが、さらに複数の層材料からなっていてもよい。

キャビティユニット３には、図２にあるように長手方向（Ｘ方向）の一端側に、インク供給孔２９が４つＹ方向に並んで形成されている。インク供給孔２９は、例えば、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ等の複数の色を有するインクが保持されたサブタンク（図示しない）にそれぞれ接続されるように色ごとにインク供給孔２９が設けられていて、これらインク供給孔２９に連通したマニホールド流路２６（マニホールド形成孔２６ａ、２６ｂ）とが設けられ、さらに、マニホールド流路２６から分岐して、絞り部５３、及び、圧力室２１を介して、インク流路２２およびノズル孔５に至る個別インク流路が多数設けられている。よって、インク供給孔２９からキャビティユニット３内に供給されたインクは、マニホールド流路２６、絞り部５３、圧力室２１およびインク流路２２を介してノズル孔５まで供給される。なお、キャビティプレート１６のインク供給口２９上には、図示しないサブタンクから供給されたインク中の異物を除去するためのフィルタ体３１（図１）が接着剤等で一括して貼着されている。

最上層に位置するキャビティプレート１６には、複数の圧力室２１が貫通形成されている。各圧力室２１は、図２に示すように、平面視細長形状でその長手方向がＹ方向に沿うようにしてキャビティプレート１６の板厚を貫通して形成されていて、その下側にベースプレート１５（金属層１５ａ）と上側にアクチュエータ３とが積層されて上下面を覆うことにより圧力室２１が形成される。そして、複数の圧力室２１は、Ｘ方向に配列されて、Ｙ方向に５列の圧力室列をなしている。なお、５列の圧力室列のうち、２列は使用頻度の最も高いブラックインクが供給される圧力室２１の列であり、残りの３列は、例えば、イエロー、シアン、マゼンタなどのカラーインクがそれぞれ供給される圧力室２１の列である。各圧力室２１の長手方向（Ｙ方向）の一端（圧力室２１内のインク流れの上流側端側、図３（Ｂ）の左側）は、ベースプレート１５の絞り部５３（第１絞り部形成孔５１と第２絞り部形成孔５２）を介してマニホールド室２６に連通している。ベースプレート１５、金属層１５ａおよび絞り部５３（第１および第２絞り部形成孔５１、５２）については、後で詳細に説明する。また、各圧力室２１の長手方向の他端（下流側端側、図３（Ｂ）の右側）は、前述したインク流路２２に接続し、ノズル孔５に連通している。また、キャビティプレート１６のＸ方向の一端部（図２における手前側の端部には、インク供給孔３１となるインク供給孔２９がＹ方向に４つインク色ごとに並んで形成されている。

ベースプレート１５は、前述したように金属層１５ａと樹脂層１５ｂからなる二層材で形成されたプレートで、前述した圧力室２１の一端と共通インク室２６とを連通する絞り部５３が形成されている。絞り部５３は、樹脂層１５ｂに形成された第１絞り部形成孔５１と、金属層１５ａに形成された第２絞り部形成孔５２とが連通してなる。なお、図３のように、樹脂層１５ｂが、圧力室２１内に配置されていて、第１絞り部形成孔５１が絞り部５３を流れるインクの流れの下流側に、第２絞り部形成孔５２が上流側にある場合と、図４のように樹脂層１５ｂが、マニホールド室２６内に配置されていて、逆の配置の場合とがある。ベースプレート１５、金属層１５ａ、樹脂層１５ｂ、第１および第２絞り部形成孔５１、５２については、後で詳しく説明する。

２枚のマニホールドプレート１４ａ、１４ｂには、Ｘ方向に沿って長い５つの共通インク室（請求項の共通液室）２６になるべき溝状のマニホールド形成孔２６ａ、２６ｂが板厚を貫通して略平行状に形成されている。マニホールド形成孔２６ａ、２６ｂは、２枚のマニホールドプレート１４ａ、１４ｂを積層し上下に重なった状態で、且つその上面をベースプレート１５（金属層１５ａ）にて覆い、下面をダンパープレート１３にて覆うことにより、共通インク室２６が形成される。尚、キャビティユニット３に設けられた５つの共通インク室２６のうち、２つはブラックインク用の２列の圧力室列に対応し、残り３つの共通インク室２６は、カラーインク用の３列の圧力室列に対応している。また、図２に示すように、マニホールド流路２６を形成する２種類のマニホールド形成孔２６ａ，２６ｂは、ベースプレート１５のインク供給孔３０と重なる位置まで延設されて、インク供給孔３１に連通している。さらに、マニホールドプレート１４ａ、１４ｂには、ノズル５まで連通するインク流路２２の流路孔２２ａが形成されている。

ダンパープレート１３の下面には、平面視で各共通インク室２６と位置及び形状が重なる位置にはダンパ室２８となる窪み部がハーフエッチングにより凹設されている。その窪み部を下面側から覆うようにスペーサプレート１２とダンパープレート１３とが接合されると、窪み部は密閉されたダンパ室２８として形成される。窪み部と対向するダンパープレート１３の上側の部分は、弾性変形により自由に振動可能なダンパ壁２７として形成される。なお、ダンパープレート１３の上面にダンパ室２８となる窪み部が凹設され、マニホールドプレート１４ａの下面とダンパープレート１３の上面との間に図示しないスペーサプレートを介挿し互いに接合することにより、窪み部を密閉しても良い。また、窪み部は、各共通インク室２６の平面形状を一致させた平面形状でなくてもよく、さらに複数に区画された形状でもよい。また、ダンパプレートには、マニホールドプレートのインク流通孔２２ａに連通する貫通孔２２ａが形成されている。

圧力室２１から共通インク室２６に伝播した圧力波の後退成分によりダンパ壁２７が変位することで、その圧力変動を吸収減衰させ、圧力変動が他の圧力室２１へ伝播するクロストークを抑制する。

最下層のノズルプレート１１には、微小径（２０μｍ程度）のインク吐出用のノズル孔５がＸ方向に沿って微小間隔で配列して穿設されており、Ｙ方向に５列設けられている（図２参照）。ノズルプレート１１の各ノズル孔５は、圧力室２１にそれぞれ個別にインク流路２２を介して連通している。

これらの７枚のプレート１１〜１６をこの順で積層した状態で接着剤により接合されることにより、キャビティユニット２には、インクが、インク供給口２９を経て共通インク室２６に流入し、絞り孔５３を経由して圧力室２１に至り、さらにインク流路２２を経てノズル孔５に至るインク流路が形成されている。

［ベースプレート１５の構成］
次に、ベースプレート１５の構成について詳しく説明する。ベースプレート１５は、金属層１５ａと樹脂層１５ｂからなる２層材のプレートで、予め樹脂層１５ｂが金属層１５ａの広幅面に対して全面に積層された状態のベースプレート１５になるべきプレートに対して、後述するようにエッチングされることにより、金属層１５ａの上面（図３）または下面（図４）に所定の形状で所定の箇所に部分的に積層されている。また、ベースプレート１５には、圧力室２１とマニホールド室２６とを連通する絞り部５３が穿設されている。樹脂層１５ｂには、ノズル孔５と同じ程度の開口面積を有する微小径の第１絞り部形成孔５１（例えば１５〜２０μｍ）が加工精度の良いレーザ加工やプレス加工により穿設され、金属層１５ａには、第１絞り部形成孔５１よりも開口面積の大きい第２絞り部形成孔５２（例えば１００〜１５０μｍ）が金属層１５ａを厚さ方向にエッチングやプレス加工により貫通するように形成され、第２絞り部形成孔５２と第１絞り部形成孔５１が連通して絞り部５３をなしている。また、金属層１５ａには、圧力室２１からノズル孔５に連通するインク流路２２となる貫通孔がエッチングやプレス加工によって、第２絞り部形成孔５２と同時に貫通形成されている。第１絞り部形成孔５１は、ノズル孔５と同じ程度の開口面積を有する非常に小径の貫通孔で、実質的に第１絞り部形成孔５１が、キャビティユニット２に必要な流路抵抗を有する絞り部となって、第１絞り部形成孔５１より大きな径を有する第２絞り部形成孔５２は、第１絞り部形成孔５１と連通し、マニホールド室２６と圧力室２１とを連通する連通孔となっている。

第１実施形態では、図３に示すように、樹脂層１５ｂは金属層１５ａの上面側に積層されていて、後述する方法により金属層１５ａの第２絞り部形成孔５２を覆う程度に小さく部分的に形成されて積層されるため、樹脂層１５ｂは、キャビティプレート１６とマニホールドプレート１４ｂとの間に介挿されてキャビティユニット２を積層接合されたときに、圧力室２１内に収容される。具体的には、樹脂層１５ｂは、圧力室２１の個所ごとに対応する位置で第２絞り部形成孔５２を覆って島状（図３（Ｂ）参照）に形成していて、ここで島状は、樹脂層１５ｂの平面視で、圧力室２１の幅方向（Ｘ方向、短手側）の寸法より小さい矩形状（四角状）、円形状、楕円状等の任意である。よって、実質的な絞り部としての流路抵抗を有する第１絞り部形成孔５１がインク流れの下流側（圧力室２１側）に位置し、第２絞り部形成孔５２は上流側（マニホールド室２６側）に位置することになり、第１実施形態のように、樹脂層１５ｂを圧力室２１内に位置するように配置すれば、短い距離で、圧力室２１に対するインクの戻り量を少なくして、インク絞り効果を向上させることができる。よって、他のノズル孔５に対するクロストークを少なくし、インクの吐出を安定させる。さらに、インク吐出後に絞り孔を経由してマニホールド室２６から圧力室２１へ速やかにインクを供給して、ノズル孔５におけるメニスカスを短時間で復帰させることができる。

また、ベースプレート１５は、キャビティプレート１６とマニホールドプレート１５ｂとの間に介挿されているが、樹脂層１５ｂが金属層１５ａに部分的に形成されて各圧力室２１内に収容された状態であるため、ベースプレート１５の金属層１５ａの広幅面のみがキャビティプレート１６とマニホールドプレート１４ｂとの間に積層接合されてキャビティユニット２が形成される。そのため、圧力室２１からノズル孔５までを連通するインク流路２２は、樹脂層１５ｂを介さないため、樹脂層１５ｂの厚み分インク流路２２の長さを短くすることができる。その結果、インク流路２２内を流れるインクの流路抵抗を小さくすることができ、インク吐出のためのアクチュエータの駆動電圧を低めにすることができる。また、絞り部として必要な流路抵抗を確保しながらも、インクジェットヘッドの全体の厚さ寸法も薄くすることができ小型化に寄与できる。

また、第１絞り部形成孔５１は、マニホールド室２６から圧力室２１にインクが流れる方向の上流側から下流側に縮径するテーパ形状である。従って、小径側が圧力室２１内にインクが流れ込む下流側に位置することになるから、第１絞り部形成孔５１のインク流の抵抗により、圧力室２１からマニホールド室２６へのインクの戻り量を少なくしてインク絞り効果を向上させることができる。なお、樹脂層１５ｂは、第２絞り部形成孔５２を覆う程度に小さいため、圧力室２１内に収容されていても、圧力室２１内のインク流れの干渉をする程度ではない。

図４に第２実施形態を示す。ただし、第１実施形態と同様の構成については、同じ符合を付し適宜説明を省略し、異なっている点を説明する。第２実施形態では、図４に示すように、樹脂層１５ｂはマニホールド室２６内に収容されるように設けられている。マニホールド室２６は、ノズル孔５の列の延びる方向（Ｘ方向）に沿って長く形成されていて、第１および第２の絞り部形成孔５１、５２もＸ方向に複数個並んで形成されているので、第１実施形態のように樹脂層１５ｂを島状に配置してもよいが、樹脂層１５ｂはマニホールド室２６内にてその長手方向に沿って長い短冊状（図４（Ｂ）の二点鎖線参照）に形成しても良く、１つの短冊状の樹脂層１５ｂに複数の第１絞り部形成孔５１を適宜間隔で複数穿設してマニホールド室２６に連通するように構成することができる。したがって、第２実施形態では、第１絞り部形成孔５１が絞り部５３を流れるインク流れの上流側（マニホールド室２６側）に位置し、第２絞り部形成孔５２は下流側（圧力室２１側）に位置することになる。第２実施形態のように、樹脂層１５ｂをマニホールド室２６内に位置するように配置しても、短い距離で圧力室２１に対するインク絞り効果を向上させることができる。さらに、第２絞り部形成孔５２が、圧力室２１と連通しているため、圧力室２１から圧力波やインク流れを第２絞り部形成孔５２内で分散させて減衰する効果が期待される。

また、図４では、第１絞り部形成孔５１は、マニホールド室２６から圧力室２１にインクが流れる方向の下流側から上流側に縮径するテーパ形状である。これは、後述するレーザー加工によって第１絞り部形成孔５１を形成した場合、レーザー加工の性質上、上記の形状となるが、プレス加工で形成すれば、上流側から下流側に縮径するテーパ形状に形成することができ、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、樹脂層１５ｂは、第２絞り部形成孔５２を覆う程度に小さいため、マニホールド室２６内に収容されていても、マニホールド室２６内のインク流れの干渉をするほどではない。

［絞り孔５１及び流路孔５２を備えたベースプレート１５の製造方法］
次に、上記２層材料からなるベースプレート１５における樹脂層１５ｂ、金属層１５ａ、第１絞り部形成孔５１および第２絞り部形成孔５２の製造方法について、図５を参照しながら説明する。図５（Ａ）に示すごとく、ベースプレート１５は、金属製の薄いシートである金属層１５ａの片面に、合成樹脂製の薄いシートである樹脂層１５ｂを図示しない接着剤等で接合して一体化された２層材料で、樹脂層１５ｂは金属層１５ａよりその厚みが薄い。ベースプレート１５は、予め金属層１５ａの片面に樹脂層１５ｂが印刷等で形成されてあってもよいし、金属層１５ａ上に樹脂製の薄膜を形成して樹脂層１５ｂとしてもよい。また、本実施形態では樹脂層１５ｂと金属層１５ａの二層となっているが、二層以上であってもよい。次に、金属層１５ａの、樹脂層１５ｂが形成されていない下面にレジスト膜５４を塗布し、また、樹脂層１５ｂの上面にもレジスト膜５３を塗布する（図５（Ｂ）参照）。次いで、所望の穴パターンを有するマスク（図示せず）を重ね、感光性のレジスト膜５３に露光することで、図５（Ｃ）に示すように、マニホールド室２６内または圧力室２１内に収容される樹脂層１５ｂ部分に相当する感光個所５５ａとなるレジストパターン５５を形成し、その後現像液を噴射し、水洗い、エッチングを実行すると、上記感光個所５５ａの下方の樹脂製シート１５ｂの領域が残り、その他のレジスト膜５３が除去される（図５（Ｄ）参照）。このとき、残される樹脂層１５ｂは、マニホールド２６または圧力室２１内に収容され、かつ、後で形成される第２絞り部形成孔５２を覆う程度の大きさ、位置、形状となるよう形成する。また、残される樹脂層１５ｂは、上述したようにあとでキャビティユニット２として積層されたときに圧力室２６内またはマニホールド室２６内のどちらかに収容されて積層されるかによって、ノズル孔５の数と同じ数の複数の第１絞り部形成孔５１に対応して、ノズル列に沿って複数の島状に形成されてあってもよいし、連続した短冊状に形成してもよい。

同様にして、金属層１５ａの下面側のレジスト膜５４の表面に所望の穴パターン５６ａ、５６ｂを有するマスク５６を重ねる（図５（Ｄ）参照）。穴パターン５６ａは上記残された樹脂層１５ｂに対応する位置であって、第２絞り部形成孔５２が形成される箇所に相当する個所であり、穴パターン５６ｂは、インク流路２２が形成される箇所に相当する個所である。

次いで、エッチングにて、図５（Ｄ）に示すごとく、金属層１５ａに第２絞り部形成孔５２及びインク流路２２が穿設される。インク流路２２は、金属層１５ａを貫通して形成する。その後、レジスト膜５４を除去することで、残された樹脂層１５ｂの個所に対面してノズル孔５の数と同じ数の複数の第２絞り部形成孔５２が形成され、同時にノズル孔５の数と同じ数のインク流路２２を金属層１５ａが形成される（図５（Ｆ）参照）。

次いで、レーザ加工により、残された樹脂層１５ｂに、第２絞り部形成孔５２よりも開口面積の小さい第１絞り部形成孔５１を穿設する。その場合、樹脂層１５ｂとは反対側の金属層１５ａの面側から、第２絞り部形成孔５２を介して、レーザ光を照射する。これにより、第２絞り部形成孔５２と第１絞り部形成孔５１とが連通した絞り部５３をベースプレート１５に形成することができる。また、第１絞り部形成孔５１の断面形状は、レーザ光の入射側（第２絞り部形成孔５２側に開口している側）で大径となり、レーザ光の出口側で小径となる円錐状のテーパ形状に形成される（図５（Ｇ）参照）。

上記製造方法では、ベースプレート１５は、実質的に絞り部としての流路抵抗を有する第１絞り部形成孔５１が形成される層が金属層であっても第１絞り部形成孔５１を形成することは可能である。本実施形態のように樹脂層であると、絞り部としての流路抵抗を有する程度に小径の貫通孔であっても、容易にレーザ加工によって精度良く加工形成することができ、より好ましい。また、第２絞り部形成孔５２は、第１絞り部形成孔５１と連通する連通孔であるため、加工精度があまり必要とされないため、エッチングで容易に形成できる。

また、別の製造方法として、樹脂層１５ｂを金属層１５ａに部分的に残して形成した後に、金属層１５ａと樹脂層１５ｂの両層に対して、加工精度良くプレス加工を行うことによって一度に、互いに連通する第２絞り部形成孔５２と第１絞り部形成孔５１とを貫通形成することもできる。その場合、樹脂層１５ｂが圧力室２１またはマニホールド室２６内のどちらに配置されている場合でも、第１絞り部形成孔５１が、絞り部５３における流れの下流側に縮径するテーパー形状となるように形成するのがよく、圧力室２１からマニホールド室２６へのインクの戻りの抑制が期待できる。この製造方法の場合においても、第１絞り部形成孔５１が形成される層が金属層であっても第１絞り部形成孔５１を加工形成することは可能である。

そして、上記の製造方法にて製作されたベースプレート１５を、マニホールドプレート１４ｂとキャビティプレート１６との間に介挿して積層接合する。その場合、残された樹脂層１５ｂをキャビティプレート１６における圧力室２１内に臨ませるように配置すると、図３の実施形態となり、逆に樹脂層１５ｂをマニホールドプレート１４ｂにおけるマニホールド室２６内に臨ませるように配置すると、図４の実施形態となる。
なお、各貫通孔や凹部があらかじめ形成されたベースプレート１５をはじめ、他のプレートが積層接合してキャビティユニット２が形成されるとき、各プレートには、接着剤が塗布されるが、ベースプレート１５に塗布する接着剤は、金属層１５ａの樹脂層１５ｂが設けられている側とは反対側の面に塗布するのがよい。具体的には、実質的に絞り部としての流路抵抗をなす第１絞り部形成孔５１が形成されている側とは反対側の面に接着剤を塗布する。例えば、図３の実施形態の場合、ベースプレート１５の接着剤の塗布面は、下面側（マニホールドプレート１４ｂ側）になり、ベースプレート１５に接着剤を塗布する工程において、樹脂層１５ｂが工程を阻害することがないし、さらに、この接着面を下向きにして接合することで、ベースプレート１５とキャビティプレート１６またはマニホールドプレート１４ｂとの間からはみ出したりした余剰の接着剤が第１絞り部形成孔５１内に浸入して孔をふさいだり、孔径が縮小するなど流路抵抗を阻害するトラブルを抑制することができる。

本発明の製造方法は、液滴を吐出する複数のノズル孔５と、この各ノズル孔５にインク流路２２を解して連通する複数の圧力室２１と、インクカートリッジなどのインク供給源からのインクを複数の圧力室２１に供給するマニホールド室２６と、各圧力室２１のインク流れ方向上流側の端部とマニホールド室２６とを連通する絞り孔５３とを有する複数枚のプレートを積層してなるキャビティユニットと、圧力室２１毎に選択的に駆動可能な活性部を有してインクを吐出させるアクチュエータ３とが備えられた液滴吐出ヘッドの製造方法であって、絞り部５３の一部をそれぞれ形成する第１および第２の絞り部形成孔５１、５２が設けられるべき少なくとも２層の金属層１５ａと合成樹脂層１５ｂからなるベースプレート１５を、樹脂層１５ｂを第２の絞り部形成孔５２が設けられるべき位置の周辺のみを覆うように、エッチングによって一部を残す工程と、樹脂層１５ｂには、第２の絞り部形成孔５２よりも開口面積の小さい第１の絞り部形成孔５１を穿設し、金属層１５ａには、第２の絞り部形成孔５２を穿設する工程と、圧力室２１となるべき圧力室孔が形成されたキャビティプレート１６と、マニホールド室２６となるべきマニホールド孔が形成されたマニホールドプレート１４ｂとの間に、ベースプレート１５を、樹脂層１５ｂが各圧力室２１内またはマニホールド室２６内のいずれか一方に収容された状態で介挿して複数枚のプレートを積層してキャビティユニットを形成する工程とを有する。

この方法により製造されたインクジェットヘッドでは、少なくとも２層からなるベースプレート１５を、その樹脂層１５ｂが、第２の絞り部形成孔５２が設けられる位置の周辺のみを覆うように一部分だけ第２の絞り部形成層に残して形成され、第１および第２の絞り部形成孔を穿設した後に、キャビティプレート１６とマニホールドプレート１４ｂ間に介挿して積層するだけで、樹脂層１５ｂが圧力室２１またはマニホールド室２６内のいずれか一方に収容されて、１枚のベースプレート１５で絞り部５３として必要な流路抵抗を確保しながらも、樹脂層１５ｂ分だけの厚み寸法を少なくすることができるので、小型化可能なインクジェットヘッドを製造することができる。また、さらに、複数枚のプレートの積層において、樹脂層１５ｂの厚さ分だけ、圧力室２１からノズル孔５までのインク流路２２の長さを短くすることができるので、その結果、インク吐出のためのアクチュエータ３の駆動電圧を低めにすることができて、省エネルギー化に寄与できる。また、樹脂層１５ｂを、マニホールド室２６内か圧力室２１内のどちらに配置させる場合でも、同じ製造方法にて絞り部プレートが形成でき、樹脂層１５ｂ面を、絞り部プレートの裏表のどちらかに向けて積層するだけでよいので容易にキャビティユニット２を形成することができる。

また、複数枚のプレートを積層して絞り部を形成する場合と比べて、プレート積層枚数を減らして小型化できるだけでなく、流路抵抗の最も高くなる小さい孔の第１の絞り部形成孔の加工したときに、加工精度の良いものだけを選定して絞り部プレートとして接合させることができるため、製品の歩留りを向上させることができる。

本発明の方法では、第２絞り部形成孔５２はエッチングにて形成され、第１絞り部形成孔５１はレーザ加工により形成されるので、大径の第２絞り部形成孔５２を容易に形成できる一方、実質的に絞り部としての流路抵抗を満たすだけの小径である第１絞り部形成孔５１の、加工精度を向上させて形成させることができる。また、レーザー加工により加工精度良く形成できるため、樹脂層１５ｂの厚みが薄くてもよく、絞り部５３としての距離を短く形成でき、また、圧力室２１内またはマニホールド室２６内のいずれか一方に収容させやすい。さらに樹脂層１５ｂは第２の絞り部形成孔５２を覆う程度に小さくできるため、圧力室２１内またはマニホールド２６内に収容されていたとしてもその部屋内での圧力波やインク流れの干渉が小さくてすむ。そして、レーザ光の照射方向を第２絞り部形成孔５２側から実行することにより、第１絞り部形成孔５１の出口側の直径を小さくするテーパー形状とすることができ、絞り効果を向上させることができる。また、第１絞り部形成孔５１が設けられる層が樹脂層であるため、レーザ加工による精度向上がより期待できる。第２の絞り部形成孔５２が形成される層が、金属層であるため、キャビティユニットとしての剛性を確保することができるとともに、樹脂層をエッチングにより容易に部分的に残すことが出来、また、絞り部プレートの取り扱いがしやすい。

本発明の方法では、樹脂層１５ｂを部分的に残し、第１絞り部形成孔５１、第２絞り部形成孔５２が予め形成されたベースプレート１５を、圧力室２１を有するキャビティプレート１６と、マニホールド室２６を有するマニホールドプレート１４ｂとの間に、介挿して接着剤を塗布して接合するものであるから、従来と同様にして複数枚のプレートを順次積層接合する方法を採用できる。また、ベースプレート１５の接着剤を樹脂層１５ｂを備えた側とは反対側の金属層１５ａの面に塗布して積層接合することで、第１絞り部形成孔５１内への接着剤の浸入を防ぎ、流路抵抗を阻害しない。

金属層１５ａに樹脂層１５ｂの第１絞り部形成孔５１よりも開口面積の大きい第２絞り部形成孔５２が形成される一方、樹脂層１５ｂを圧力室２１内に位置するように配置すれば、第２の絞り部形成孔５２よりも開口面積が小さく流路抵抗が高い第１の絞り部形成孔５１が圧力室２１内にインクが流れ込む下流側に位置することになるから、短い距離で圧力室２１からマニホールド室２６へのインクの戻り量を少なくして、他のノズル孔に対するクロストークを少なくし、液滴の噴射（吐出）を安定して発生させることができる。よって、液滴噴射（吐出）後に絞り孔を経由して共通液室から圧力室へ速やかに液体を供給して、ノズル孔におけるメニスカスを短時間で復帰させることができる。また、樹脂層１５ｂを、マニホールド室２６内に位置するように配置すれば（図４参照）、圧力室２１と、開口面積が大きい第２の絞り部形成孔５２が連通しているため、圧力室２１からの圧力波や液体流れを第２の絞り部形成孔５２内で分散して減衰する効果も期待される。

なお、アクチュエータ３としては、公知の圧電方式、静電気により振動板を駆動する方式、電気発熱素子による方式などを適用することができる。ここではアクチュエータ３は、特開２００５−３２２８５０号公報等に開示された公知のものと同様に、全ての圧力室２１にわたる大きさを有する扁平形状で、扁平な方向と直交する方向に積層される複数の圧電セラミックス層４１（例えばＰＺＴ）を備えている（図２及び図３参照）。その複数のセラミックス層４１間に圧力室２１毎に設けた複数の個別電極４２と複数の圧力室２１に共通なコモン電極４３とが介挿されている。この構成において、セラミックス層４１の積層方向の個別電極４２に挟まれた部分が活性部（圧力発生部）となる。この構成により、個別電極４２コモン電極４３との間に選択的に電圧を印加することで、対応する圧力室２１に対して活性部は圧電歪みを発生し、圧力室２１内のインクに噴射エネルギーを与え、この圧力室２１内のインクがノズル孔５から液滴状に吐出して、所定の印字が行われる。

また、個別電極４２およびコモン電極４３は、セラミックス層４１を貫通したスルーホール内の導電材にてアクチュータ３の最上面の外部電極４４（図１及び図２参照）と電気的に接続されている。そして、外部電極４４とフレキシブル配線材４の電極パターン（図示せず）とが接合されている。

そして、上記のように構成することにより、アクチュエータの駆動にて、圧力室２１の長手方向（インクの流れ方向）にインクの圧力波が生じる。このとき、圧力室２１からマニホールド室２６へのインクの戻りを規制するための流路抵抗の最も大きい部分である第１絞り部形成孔絞り孔５１の開口面積を適切に設定することにより、マニホールド室２６側から圧力室２１側へのインク流れに抵抗を与える絞り作用（インク流れの絞り抵抗値）を適切になるようにきめ細かく設定できる。

また、上記のように樹脂層１５ｂの厚さが薄くても、レーザ加工することにより、絞り孔５１の圧力室２１側の小さい開口部の値を所望値に形成することが容易にできる。

本発明の実施の形態による圧電式のインクジェットヘッドを示す分解斜視図である。 キャビティユニットの分解斜視図である。 図１の III−III 線矢視で示す第１実施形態の圧力室と流通路と絞り部の一部拡大断面図である。 他の実施形態の圧力室と流通路と絞り部の一部拡大断面図である。 （Ａ）〜（Ｇ）は製造方法を示す説明図である。

１インクジェットヘッド
２キャビティユニット
３アクチュエータ
５ノズル孔
１１ノズルプレート
１３ダンパプレート
１４ａ、１４ｂマニホールドプレート
１５ベースプレート
１５ａ金属層
１５ｂ樹脂層
１６キャビティプレート
２１圧力室
２２インク流路
２６マニホールド室
５１第１絞り部形成孔
５２第２絞り部形成孔

Claims (2)

1. 液滴を吐出する複数のノズル孔と、この各ノズル孔と液体流路を介して連通する複数の圧力室と、液体供給源からの液体を前記各圧力室に供給する共通液室と、前記各圧力室における液体流れ方向上流側の端部と前記共通液室とを連通する絞り部と、を有するキャビティユニットと、
   前記圧力室毎に選択的に駆動可能な活性部を有して液滴を吐出させるエネルギー発生手段とが備えられた液滴吐出ヘッドであって、
   前記キャビティユニットは、
   前記圧力室を有する圧力室プレートと、前記共通液室を有する共通液室プレートと、前記圧力室プレートおよび前記共通液室プレートとの間に介挿された前記絞り部を有する絞り部プレートとを含む、複数枚のプレートの積層体であり、
   前記絞り部プレートは、
   互いに積層された少なくとも２層の第１および第２の絞り部形成層を有し、前記各絞り部形成層には、前記絞り部の一部を形成する第１および第２の絞り部形成孔がそれぞれ設けられ、
   前記第１の絞り部形成層は、
   前記第２の絞り部形成孔の周辺を覆って、前記各圧力室内または前記共通液室内のいずれか一方に収容された状態で前記第２の絞り部形成層に部分的に積層されていて、前記第２の絞り部形成孔よりも開口面積の小さい前記第１の絞り部形成孔が形成され、
   前記第１の絞り部形成孔は、前記絞り部における前記液体の流れの下流側に縮径するテーパ形状であり、
   前記第１の絞り部形成孔は前記各圧力室に対して１ずつ配置され、
   前記液滴が外部から前記各共通液室に供給される部位に設けられたフィルタ体よりも下流側に前記第１の絞り部形成孔が形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記第１の絞り部形成孔は、前記各圧力室内に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。

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