JP6375996B2 - 液体吐出装置及び液体吐出装置の製造方法 - Google Patents

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、記録用紙へ向けて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、ノズルを含むインク流路が形成された流路ユニットと、インク流路内のインクに圧力を付与する圧電アクチュエータとを備えている。圧電アクチュエータにより、インク流路内のインクに圧力が付与されることで、インク流路の端に位置するノズルからインクが吐出される。

上記特許文献１のインクジェットヘッドにおいては、ノズル及びその近傍部分に記録用紙が衝突することを防止する目的で、複数のノズルが形成されたインク吐出面に、ノズルの吐出口よりも突出した凸部が形成されている。具体的には、流路ユニットは、ノズルが形成されたノズルプレートと、ノズルプレートに積層された複数枚の金属プレートを有する。複数枚の金属プレートのうち、ノズルプレートと接着される、すぐ上の金属プレートには貫通孔が形成されている。複数枚の金属プレートが積層された状態で貫通孔に加圧空気が供給されて、ノズルプレートの貫通孔を覆っている部分が湾曲して外側に膨らむことで、凸部が形成されている。この凸部により、ノズルプレートの、ノズルの近傍部分に記録用紙が接触することが抑制される。

特開２００６−３４７１６３号公報

前記特許文献１のノズルプレートの凸部の断面形状は、全体的に湾曲した形状になっている。そのため、記録用紙が凸部に接触するなどして凸部の頂部に外力が作用したときに、凸部の湾曲した側壁部が撓むように変形しやすく、ノズルプレートに、凸部の基端（付け根部分）を支点としたモーメントが生じる（実施形態中で説明している図１１参照）。このモーメントにより、ノズルプレートの前記凸部の基端と反対側の部分には、上方の金属プレートから離れる方向の力が作用し、ノズルプレートが金属プレートから剥離する虞がある。

本発明の目的は、凸部に外力が作用したときにノズルプレートに生じるモーメントを抑え、上記モーメントに起因するノズルプレートの剥離を防止することである。

本発明の液体吐出装置は、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ノズルプレートと、前記ノズルプレートに積層された状態で接合され、且つ、前記液体流路のうちの前記複数のノズルに連通する複数の個別流路部分が形成された流路プレートとを含む積層体と、前記複数の個別流路部分に連通する流路が形成され、前記積層体の前記流路プレートに接合された流路部材と、を有し、
前記積層体には、この積層体の一部分が、前記流路プレートに対して前記ノズルプレート側へ突き出るように屈曲変形することによって、前記ノズルプレートの、前記ノズルの吐出口が配置される液体吐出面から突出する凸部が形成され、前記凸部は、前記ノズルプレートと前記流路プレートの積層方向に平行な断面において三角形の断面形状を有し、前記凸部の、それぞれ先端側に延びて前記三角形断面を構成する２つの側壁部は、前記積層方向に対して傾斜し、且つ、互いに交差する２つの延在方向に沿って、それぞれ直線的に延びていることを特徴とするものである。

本実施形態のインクジェットプリンタ１の概略平面図である。 インクジェットヘッド４の上面図である。 インクジェットヘッド４の下面図である。 図２のＡ部拡大図である。 図４のV-V線断面図である。 流路構造体２３の下部の断面図である。 流路構造体２３の製造工程を示す図である。 変更形態の流路構造体２３の下部の断面図である。 別の変更形態の流路構造体２３の下部の断面図である。 別の変更形態のインクジェットヘッド４Ｄの下面図である。 凸部１５０の断面形状が湾曲形状である場合の、流路構造体の下部の断面図である。

次に、本発明の実施形態について説明する。図１に示す走査方向をプリンタ１の左右方向と定義する。図１のメンテナンス装置７に向かう方向が右方であり、メンテナンス装置７と反対側に向かう方向が左方である。また、図１の搬送方向の上流側をプリンタ１の後方、下流側をプリンタ１の前方と定義する。さらに、走査方向及び搬送方向と直交する方向（図１の紙面に直交する方向）を、プリンタの上下方向と定義する。尚、図１の手前側が上方、図１の向こう側が下方である。以下では、前後左右上下の各方向語を適宜使用して説明する。

（プリンタの概略構成）
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、カートリッジホルダ５と、搬送機構６と、メンテナンス装置７と、制御装置８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が載せられる。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１１，１２に沿って左右方向（走査方向）に往復移動可能に構成されている。キャリッジ３には無端ベルト１３が連結され、キャリッジ駆動モータ１４によって無端ベルト１３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に搭載されており、キャリッジ３とともに走査方向に移動可能である。インクジェットヘッド４は、その下面（図１の紙面向こう側の面）に複数のノズル４４（図２〜図５参照）を備えている。尚、以下の説明において、インクジェットヘッド４の、複数のノズル４４が形成された下面を、「インク吐出面４ａ」とも称する。

カートリッジホルダ５には、４色（ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ）のインクカートリッジ１５が、それぞれ取り外し可能に装着される。カートリッジホルダ５は、図示しないチューブによって、インクジェットヘッド４と接続されている。カートリッジホルダ５の４つのインクカートリッジ１５にそれぞれ貯留された４色のインクは、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、走査方向に移動しつつ、そのインク吐出面４ａに形成された複数のノズル４４から、プラテン２に載置された記録用紙１００へ向けて、下方へインクを吐出する。尚、インクジェットヘッド４の詳細構成については後述する。

搬送機構６は、前後方向にプラテン２を挟むように配置された２つの搬送ローラ１６，１７を有する。２つの搬送ローラ１６，１７は、図示しない搬送モータによって互いに同期して駆動される。搬送機構６は、２つの搬送ローラ１６，１７によって、プラテン２に載置された記録用紙１００を前方に搬送する。

メンテナンス装置７は、プラテン２の右側に配置されている。このメンテナンス装置７は、キャップ９と、吸引ポンプ１０と、ワイパー１８等を備えている。

キャップ９は、図示しないキャップ昇降機構によって上下方向（図１の紙面垂直方向）に駆動される。吸引ポンプ１０は、チューブによってキャップ９と接続されている。インクジェットヘッド４が、プラテン２の右側の、キャップ９と対向する位置にあるときに、キャップ９が上方に移動することで、キャップ９は、インクジェットヘッド４のインク吐出面４ａ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１０によりキャップ９内を減圧することで、キャップ９に覆われた複数のノズル４４のそれぞれからインクを強制的に排出する。このインクの強制的な排出は、一般にパージと称される。上記のパージを行うことにより、インクジェットヘッド４の、ノズル４４を含むインク流路に混入した気泡や塵等の異物を排出し、ノズル４４の吐出不良の解消、及び、抑制が可能となる。

ワイパー１８は、キャップ９よりもプラテン２側（左側）の位置に設置されている。このワイパー１８は、ゴムや合成樹脂などの可撓性を有する材料で形成された板状の部材である。また、ワイパー１８は、図示しないワイパー駆動部により、上下方向（図１の紙面垂直方向）に駆動される。上記のパージの際に、インクジェットヘッド４のインク吐出面４ａには、ノズル４４から排出されたインクの一部が付着する。そこで、パージ後には、ワイパー駆動部によりワイパー１８が上方へ駆動されて、ワイパー１８は、その先端がインクジェットヘッド４のインク吐出面４ａに接触する。この状態でキャリッジ３がプラテン２側（左側）に移動すると、ワイパー１８がインク吐出面４ａに対して相対的に右側に移動することになる。その際に、ワイパー１８はインク吐出面４ａに付着したインクを拭き取る。

制御装置８は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及び、各種制御回路を含むＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等を備える。 制御装置８は、ＲＯＭに格納されたプログラムに従い、ＡＳＩＣにより、記録用紙１００への印刷や、インクジェットヘッド４のメンテナンス等の各種処理を実行する。

例えば、印刷処理においては、制御装置８は、ＰＣ等の外部装置から入力された印刷指令に基づいて、インクジェットヘッド４やキャリッジ駆動モータ１４等を制御して、記録用紙１００に画像等を印刷させる。具体的には、キャリッジ３とともにインクジェットヘッド４を走査方向に移動させながらインクを吐出させるインク吐出動作と、搬送ローラ１６，１７によって記録用紙１００を搬送方向に所定量搬送する搬送動作とを、交互に行わせる。また、メンテナンス処理においては、制御装置８は、キャップ９を上下に駆動するキャップ駆動モータ、及び、吸引ポンプ１０を制御して、上述した吸引パージを行わせる。また、パージ後には、ワイパー駆動部によりワイパー１８を駆動してインク吐出面４ａに接触させ、ワイパー１８に、インク吐出面４ａに付着したインクの拭き取りを行わせる。

（インクジェットヘッドの詳細構成）
次に、インクジェットヘッド４について詳細に説明する。図２〜図５に示すように、インクジェットヘッド４は、流路構造体２３と、圧電アクチュエータ２４とを備えている。尚、図５では、流路構造体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ハッチングで示されている。

（流路構造体）
図５に示すように、流路構造体２３は、複数枚のプレート３１〜３９が上下方向に積層された構造を有する。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３９である。ノズルプレート３９は、ポリイミド等の合成樹脂からなるプレートである。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、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の下面が、先にも述べた、インクジェットヘッド４のインク吐出面４ａである。

図２、図３に示すように、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。尚、ノズル４４の配列方向である搬送方向が、本発明の「第１方向」に相当し、４列のノズル列４８が並ぶ方向である走査方向が、本発明の「第２方向」に相当する。

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４ａには、ＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂が塗布されて、撥水処理が施されている。インク吐出面４ａに撥水処理が施されることにより、インク吐出面４ａに付着したインクが、ノズル４４の吐出口４４ａの周囲に残留しにくくなる。

流路構造体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は、ステンレス鋼などの金属材料からなるプレートである。流路プレート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、複数の流路プレート３１〜３８の構成、及び、これらの流路プレート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、流路構造体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１５（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、図５に示すように、上から４番目から７番目のプレート３４〜３７には、４列のノズル列４８にそれぞれ対応して、搬送方向に延びる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。プレート３１に形成された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５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、マニホールド４６に沿って延びる凹部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が形成されている。これにより、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との間には空間４１が形成されている。従って、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。つまり、底壁部３７ａが、マニホールド４６のダンパーとして機能する。

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。図２に示すように、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４、図５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、その一端部が対応するノズル４４と重なり、その他端部はマニホールド４６と重なるように配置されている。尚、図２に示すように、４つの圧力室４７の列のうち、ブラックインクに対応する圧力室４７の列は、対応するマニホールド４６ｋに対して右側に配置されているのに対して、他の３色のインクに対応する圧力室４７の列は、マニホールド４６に対して左側に配置されている。

図４、図５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、流路構造体２３が構成されている。そして、流路構造体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４ａ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４ａの、吐出口４４ａ、あるいは、その周囲領域に傷がつくことがある。これにより、吐出口４４ａの周囲の撥水性が低下して、吐出口４４ａの周囲にインクが残留しやすくなると、吐出不良を引き起こす虞がある。そこで、図３〜図５に示すように、流路構造体２３のインク吐出面４ａ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、インク吐出面４ａの、４つのマニホールド４６とそれぞれ重なる領域において、複数の凸部５０が形成されている。複数の凸部５０は、４つのマニホールド４６に沿って搬送方向に配列されており、４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３に示すように、４つの凸部列５１（５１ａ〜５１ｄ）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。

より詳細には、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，５１ｄがそれぞれ配置されている。また、イエローのノズル列４８ｙとシアンのノズル列４８ｃの間に凸部列５１ｂが配置されている。さらに、シアンのノズル列４８ｃとマゼンタのノズル列４８ｍの間にも凸部列５１ｃがそれぞれ配置されている。これにより、ブラックのノズル列４８ｋとイエローのノズル列４８ｙは、２列の凸部列５１ａ，５１ｂによって走査方向に挟まれている。また、シアンのノズル列４８ｃは、２列の凸部列５１ｂ，５１ｃに挟まれている。さらに、マゼンタのノズル列４８ｍも、２列の凸部列５１ｃ，５１ｄに挟まれている。

このように、複数の凸部５０が、走査方向において複数のノズル４４と並んで配置されている。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。

各凸部５０の構成の詳細について説明する。図５に示すように、凸部５０は、ノズルプレート３９と、このノズルプレート３９に上下に積層された状態で接合された流路プレート３８からなる積層体５２が、部分的に下方へ突き出すように屈曲変形することによって形成されている。また、凸部５０は、流路プレート３８の凹部３８ｂが形成されている部分、即ち、積層体５２の薄肉部５２ａに形成されている。また、凸部５０の頂部７０は、マニホールド４６の走査方向における中央部と重なるように配置されている。尚、後でも詳細に説明するが、各凸部５０は、積層体５２に対する、流路プレート３８側からのプレス加工によって行われている。

上述したように、積層体５２を構成する、合成樹脂のノズルプレート３９と金属の流路プレート３８が一体に変形することにより凸部５０が形成されていることから、凸部５０は、金属部分５０ａと、この金属部分５０ａを覆う樹脂部分５０ｂとを有する構造となっている。凸部５０の内部に金属部分５０ａが存在していることから、凸部５０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。

ところで、凸部５０の断面形状によっては、凸部５０の頂部７０に外力が作用したときに、積層体５２に、流路プレート３７から剥がれる方向の力が発生することも考えられる。尚、凸部５０の頂部７０に外力が作用する場合とは、例えば、凸部５０に記録用紙１００が衝突する、あるいは、後述するように、製造段階の積層工程（図７（ｆ）参照）で凸部５０に押圧力が作用する場合である。

図１１に示すように、上下方向（積層体５２とプレート３７の積層方向）及び走査方向に平行な断面において、凸部１５０の側壁部１７１が湾曲した形状である場合に、凸部１５０の頂部１７０に鉛直上方の外力が作用したとする。このとき、側壁部１７１が湾曲していると、凸部１５０の側壁部１７１が撓むように変形して、側壁部１７１の基端部分１７１ａが上に変形し、その結果、積層体５２に、基端Ｐを支点としたモーメントＭが発生する。これにより、特に、積層体５２の、個別流路孔３８ｃの近傍部分１１０において、プレート３７から離れる方向に力が作用し、積層体５２とプレート３７との間からのインク漏れの原因にもなる。

この点、本実施形態の凸部５０では、図５、図６に示すように、凸部５０の、上下方向（積層体５２とプレート３７の積層方向、プレート３７の厚み方向）及び走査方向に平行な断面形状は、三角形状となっている。また、各凸部５０の、それぞれ先端側へ延びて三角形断面を構成する２つの側壁部７１は、上下方向に対して傾斜し、且つ、互いに交差する２つの延在方向ａ，ｂに沿って、それぞれ直線的に延びている。凸部５０の断面形状は、Ｖ字形状であるとも言える。さらに、別の表現をすれば、積層体５２の薄肉部５２ａが、左端から右斜め下方向に延び、頂部７０で折り返されて、右斜め上方向に延びて右端に至る形状である。また、各凸部５０の２つの側壁部７１は、頂部７０を通り、上下方向に平行な直線Ｌに対して線対称に配置されている。尚、側壁部７１の基端部分７１ａは、基端Ｐ付近の湾曲部７１ｂにおいて湾曲しながら、積層体５２の平坦な部分（凸部５０以外の部分）と連結されている。

この構成では、図６に示すように、凸部５０の頂部７０に外力が作用したときに、その外力の分力が、２つの側壁部７１の延在方向ａ，ｂに沿って作用するため、側壁部７１の基端部分７１ａが撓みにくい。そのため、積層体５２には、凸部５０の基端Ｐを中心とするモーメントＭが生じにくくなる。従って、積層体５２に、プレート３７から剥がれる方向の力が作用しにくくなる。

尚、２つの側壁部７１の交差角度θが小さいほど、凸部５０の頂部７０に力が作用したときに、側壁部７１の基端Ｐを中心とするモーメントＭが生じにくくなる。そこで、θは１６０度以下であることが好ましい。さらに、θは４５度以下であることが好ましい。θが４５度以下であると、頂部７０に作用する荷重の５０％以上が側壁部７１の長さ方向に作用することになるため、モーメントＭをさらに小さく抑えることができる。

また、凸部５０の頂部７０を通過する直線Ｌに対して、２つの側壁部７１が線対称に配置されている。つまり、走査方向において、頂部７０が、２つの側壁部７１のちょうど中間の位置にある。そのため、凸部５０の頂部７０に外力が作用したときに、２つの側壁部７１に力が均等に分散するため、一方の側壁部７１に大きなモーメントＭが偏って発生することが防止される。

図６からも理解されるように、凸部５０の頂部７０に力が作用したときに、側壁部７１の基端Ｐを中心にモーメントＭが発生した場合には、積層体５２の、基端Ｐに対して力が作用した位置である頂部７０と対称な位置に、プレート３７から剥がれる方向の力が最も大きく作用する。そこで、図６に示すように、走査方向（積層体５２とプレート３７の積層方向と直交する方向）において、凸部５０の頂部７０から側壁部７１の基端までの距離Ｄ１と、側壁部７１の基端Ｐからノズル４４までの距離Ｄ２とが異なっていることが好ましい。例えば、Ｄ１＝１．５ｍｍ、Ｄ２＝２ｍｍとすることができる。この構成では、上記のモーメントＭが生じた場合でも、ノズル４４に連通する個別流路孔３８ｃの近傍部分に作用する、流路プレート３７から離れる方向の力が小さくなる。

側壁部７１の基端部分７１ａが、湾曲部７１ｂによって積層体５２の平坦部分と連結されているため、基端部分７１ａにおける応力集中が緩和される。また、基端部分７１ａが湾曲していることで、パージ後に、インク吐出面４ａに付着したインクをワイパー１８（図１参照）で拭き取る際に、インクの拭き残しが生じにくくなる。尚、基端部分７１ａの湾曲部７１ｂの曲率（曲率半径Ｒ）は、１≦Ｒ≦５の範囲であることが好ましい。

尚、凸部５０の高さｈ（インク吐出面４ａからの凸部５０の突出量）については、記録用紙１００の衝突を効果的に抑制するために、ある程度の高さを有することが好ましい。但し、凸部５０が高すぎると、記録用紙１００が頻繁に凸部５０に衝突してしまい、凸部５０の摩耗が激しくなることも考えられる。そこで、５０μｍ≦ｈ≦１００μｍであることが好ましい。

図５に示すように、凸部５０は、積層体５２の薄肉部５２ａに形成されている。そのため、この薄肉部５２ａにプレス加工を施すことにより、凸部５０を容易に形成することができる。また、積層体５２の薄肉部５２ａに形成された凸部５０の頂部７０は、マニホールド４６の走査方向における中央部に配置されている。つまり、流路プレート３８の凹部３８ｂの中央の位置において、凸部５０がノズルプレート３９側へ突出しているため、マニホールド４６の底壁部３７ａと流路プレート３８との間の空間４１が大きくなり、底壁部３７ａが大きく変形しやすくなる。即ち、底壁部３７ａのダンパー機能が高くなる。

（圧電アクチュエータ）
次に、流路構造体２３の上面に設けられた圧電アクチュエータ２４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構造体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、インクジェットヘッド４の製造工程について、主に、流路構造体２３の製造工程を中心に、図７を参照して説明する。

（流路形成工程）
まず、図５に示される、流路構造体２３を構成する複数の流路プレート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。また、このとき同時に、流路プレート３７にはハーフエッチングで凹部３７ｂを形成する。また、流路プレート３８にも、ハーフエッチングで凹部３８ｂを形成する。

（積層工程）
次に、図７（ａ）に示すように、ノズルプレート３９となる合成樹脂プレート７４と、先の工程で個別流路孔３８ｃ及び凹部３８ｂが形成された流路プレート３８とを積層し、両者を接着剤で接合して積層体５２を形成する。このとき、積層体５２の、流路プレート３８の凹部３８ｂが形成された部分は、薄肉部５２ａとなる。尚、合成樹脂プレート７４は、合成樹脂フィルムからなるものであってもよいし、液状の合成樹脂を流路プレート３８に塗布することによって形成されたものであってもよい。

（保護膜貼付工程）
次に、図７（ｂ）に示すように、合成樹脂プレート７４の、インク吐出面４ａとなる面に、合成樹脂フィルムからなる保護膜７５を貼り付ける。この保護膜７５は、例えば、ＵＶ剥離性の接着剤を用いて合成樹脂プレート７４に接着する。

（ノズル形成工程）
次に、図７（ｃ）に示すように、積層体５２の合成樹脂プレート７４に対してレーザー加工を行って、ノズル４４を形成する。

（凸部形成工程）
次に、図７（ｄ）に示すように、積層体５２にプレス加工を行って、積層体５２の一部分をノズルプレート３９側に突出するように屈曲変形させて凸部５０を形成する。まず、保護膜７５で覆われた積層体５２を、断面が三角形の凹部７２ａを有するダイ７２の上に設置する。次に、ダイ７２の上に、薄肉部５２ａが凹部７２ａを覆うように、積層体５２を載置する。そして、積層体５２の薄肉部５２ａに、ダイ７２と反対側からパンチ７３を当て、積層体５２に対して、プレート３８側からパンチ７３の先端部７３ａを押し込んでプレス加工を行う。パンチ７３は角柱状の形状を有し、このパンチの先端部７３ａの断面形状は、先端が尖った三角形となっている。

このように、断面が三角形のパンチ７３の先端部７３ａを積層体５２の上面に押し付けることにより、積層体５２に、三角形断面を有する凸部５０が形成される。尚、下型であるダイ７２の凹部７２ａの断面形状も三角形であるため、積層体５２がダイ７２に当たるまでパンチ７３を押し付けることで、積層体５２に、自動的に三角形状の凸部５０が形成されることになり、断面三角形の凸部５０の形成が容易である。

（保護膜除去工程）
次に、図７（ｅ）に示すように、合成樹脂プレート７４（ノズルプレート３９）から保護膜７５を剥離する。尚、保護膜７５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７５を簡単に剥離することができる。その他、保護膜７５の種類によっては、適当な溶剤によって保護膜７５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が形成された積層体５２と、流路構造体２３を構成する他のプレート３１〜３７、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７（ｆ）に示すように、積層体５２、流路プレート３１〜３７、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、ヒータ機能を有する当て部材７６，７７（ヒータープレート）を上下両側から当てて、当て部材７６，７７によって加熱しつつ押圧することで接着を行う。

ここで、この接合工程では、積層体５２の凸部５０が突出する面を、下側の当て部材７７に接触させた状態で、流路構造体２３の他のプレート３１〜３７を積層体５２に押し付けて接合することになる。このとき、当て部材７７からの反力によって、凸部５０の頂部７０には局所的に大きな力が作用する。そのため、先の図１１に示すように、大きなモーメントＭが積層体５２に発生して、特に、個別流路孔３８ｃの近傍において、上側の流路プレート３７との間に接合不良が生じる虞がある。この点、本実施形態では、凸部５０の断面形状が三角形状であることから、凸部５０の頂部７０に、当て部材７７からの反力が局所的に作用したときに、その反力が、２つの側壁部７１の延在方向にそれぞれ分かれて作用するため、大きなモーメントＭが生じにくくなる。従って、積層体５２に、プレート３７から剥がれる方向の力が作用しにくくなり、プレート３７との接合不良が抑制される。

上記の接合工程後、振動板６０の上に、別工程で製造した、共通電極６６及び複数の個別電極６２が形成された圧電層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。インク吐出面４ａが、本発明の「液体吐出面」に相当する。ノズルプレート３９と積層されて積層体５２を構成する流路プレート３８が、本発明の「流路プレート」に相当する。流路プレート３８の個別流路孔３８ｃが、本発明の「個別流路部分」に相当する。積層体５２と接合される流路プレート３１〜３７が、本発明の「流路部材」に相当する。図７の製造工程において、ノズルプレート３９、及び、ノズル４４が形成される前の合成樹脂プレート７４が、本発明の「第１プレート」に相当し、流路プレート３８が、本発明の「第２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］前記実施形態の図６で説明したように、凸部の頂部に外力が作用したときに、モーメントＭが発生する要因は、凸部の側壁部が撓んだときに、側壁部の基端部分が上方に変形するためである。つまり、モーメントＭを抑制するには、側壁部の基端部分の剛性を高めることも有効である。

そこで、図８（ａ）に示すように、凸部５５Ａの側壁部８１の基端部分８１ａの厚みが、側壁部８１の先端部分８１ｂの厚みよりも大きくなっていてもよい。例えば、流路プレート３８の薄肉部以外の厚みを１００μｍ、薄肉部のうちの基端部分８１ａの厚みを８０μｍ、先端部分８１ｂの厚みを５０μｍとすることができる。尚、図８（ａ）では、流路プレート３８の厚みが変化することによって、側壁部８１の厚みが基端部分８１ａと先端部分８１ｂとで異なっているが、ノズルプレート３９の厚みが変化していてもよい。この構成では、側壁部８１の基端部分８１ａの剛性が高まることから、上記のモーメントＭの発生が抑制される。また、凸部５５Ａに力が作用したときに、屈曲している側壁部８１の基端部分８１ａには応力が集中しやすい。側壁部８１の基端部分８１ａの厚みを大きくすることで、屈曲部分の強度を高めて応力集中による破断を防止する、という効果も得られる。

あるいは、図８（ｂ）に示すように、凸部５５Ｂの側壁部８６の基端部分８６ａに、はんだ等の金属の材料で補強部８７が形成されてもよい。この場合も、基端部分８６ａの実質的な剛性が高まってモーメントＭが抑制される。また、基端部分８６ａの実質的な強度が高くなり、応力集中による破断も防止される。

２］前記実施形態では、積層体５２の薄肉部５２ａに、プレス加工で凸部５０が形成されているが（図５参照）、積層体に薄肉部が形成されている必要は必ずしもない。例えば、図９に示すように、流路プレート３８Ｃに凹部が形成されておらず、積層体５２の薄肉部ではない部分に、プレス加工で凸部５０Ｃが形成されてもよい。

３］前記実施形態では、図５に示すように、ノズル４４の配列方向である搬送方向に沿って、複数の凸部５０が並べて形成されているが、図１０のインクジェットヘッド４Ｄのように、走査方向において複数のノズル４４と並ぶ位置において、搬送方向に延びる凸部５０Ｄが形成されてもよい。凸部５０Ｄが、複数のノズル４４の配列方向に長く延びているため、複数のノズル４４のそれぞれについて、記録用紙１００がノズル４４に接触することが抑制される。また、凸部の剛性（強度）が高いほど、凸部に外力が作用したときの上記のモーメントＭは小さくなる。この点、ノズル４４の配列方向に連続して延びる１つの凸部５０Ｄの強度は高くなるため、この凸部５０Ｄに外力が作用した場合に、大きなモーメントＭが生じにくくなる。

４］前記実施形態では、プレス加工が施される積層体５２は、ノズルプレート３９と流路プレート３８の２枚のプレートで構成されたものであるが、積層体が、３枚以上のプレートが積層されたものであってもよい。

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プリンタ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、産業用の液体吐出装置などにも、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
４ａ インク吐出面
２３ 流路構造体
３７ 流路プレート
３７ａ 底壁部
３８ 流路プレート
３８ｂ 凹部
３８ｃ 個別流路孔
３９ ノズルプレート
４４ ノズル
４６ マニホールド
５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ 凸部
５２ 積層体
５２ａ 薄肉部
７０ 頂部
７１ 側壁部
７１ａ 基端部分
７１ｂ 湾曲部
７２ ダイ
７２ａ 凹部
７３ パンチ
７３ａ 先端部
７４ 合成樹脂プレート
７７ 当て部材
８１ 側壁部
８１ａ 基端部分
８１ｂ 先端部分
８６ 側壁部
８６ａ 基端部分

Claims (12)

1. 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ノズルプレートと、前記ノズルプレートに積層された状態で接合され、且つ、前記液体流路のうちの前記複数のノズルに連通する複数の個別流路部分が形成された流路プレートとを含む積層体と、
   前記複数の個別流路部分に連通する流路が形成され、前記積層体の前記流路プレートに積層された流路部材と、を有し、
   前記積層体には、この積層体の一部分が、前記流路プレートに対して前記ノズルプレート側へ突き出るように屈曲変形することによって、前記ノズルプレートの、前記ノズルの吐出口が配置される液体吐出面から突出する凸部が形成され、
   前記凸部は、前記積層体と前記流路部材の積層方向に平行な断面において三角形の断面形状を有し、
   前記凸部の、それぞれ先端側に延びて前記三角形断面を構成する２つの側壁部は、前記積層方向に対して傾斜し、且つ、互いに交差する２つの延在方向に沿って、それぞれ直線的に延びていることを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記凸部の前記２つの側壁部がそれぞれ延びる、前記２つの延在方向の交差角度が、１６０度以下であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記凸部の前記側壁部の基端部分の厚みは、前記側壁部の先端部分の厚みよりも大きい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. 前記三角形断面において、前記２つの側壁部が、前記凸部の頂部を通り、且つ、前記積層方向に平行な直線に対して線対称に配置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. 前記延在方向に延びる前記側壁部の基端部分は、湾曲しながら、前記積層体の前記凸部以外の部分と連結されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の液体吐出装置。
6. 前記積層方向と直交する方向における、前記凸部の頂点から前記側壁部の基端までの距離と、前記側壁部の前記基端から前記ノズルまでの距離とが、異なっ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体吐出装置。
7. 前記複数のノズルは、前記積層方向と直交する第１方向に配列され、
   前記凸部は、前記積層方向及び前記第１方向と直交する第２方向において前記複数のノズルと並んで配置され、前記第１方向に延び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体吐出装置。
8. 前記流路プレートの、前記ノズルプレートとは反対側に凹部が形成され、
   前記積層体のうちの、前記流路プレートの前記凹部によって部分的に厚みが薄くなった薄肉部に、前記凸部が形成されていることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の液体吐出装置。
9. 前記複数のノズルは、前記積層方向と直交する第１方向に配列され、
   前記流路部材には、前記複数のノズルにわたって前記第１方向に延び、且つ、前記複数のノズルに連通する共通液室が形成され、
   前記積層体の前記流路プレートは、前記凹部が、前記流路部材の前記共通液室を区画する壁部と対向する状態で、前記流路部材に接合され、
   前記積層体の前記薄肉部に形成された前記凸部の頂部が、前記積層方向及び前記第１方向と直交する第２方向における前記共通液室の中央部と重なるように配置されていることを特徴とする請求項８に記載の液体吐出装置。
10. 請求項１〜９の何れかに記載の液体吐出装置の製造方法であって、
    前記ノズルプレートとなる第１プレートと前記流路プレートとなる第２プレートとを積層して接合する、積層工程と、
    前記積層工程の後に、プレス加工により、前記第１プレートと前記第２プレートの積層体の一部分を、前記第２プレートに対して前記第１プレート側へ突き出るように屈曲変形させて、前記積層体に前記凸部を形成する、凸部形成工程と、
    前記凸部が形成された前記積層体を、前記流路部材と接合する接合工程と、を備え、
    前記接合工程において、前記積層体の前記凸部が突出する面を、当て部材に接触させた状態で、前記流路構造体の前記流路部材を前記積層体に押し付けて接合することを特徴とする液体吐出装置の製造方法。
11. 前記凸部形成工程において、前記積層体に、先端部の断面形状が三角形のパンチを押し付けて、前記凸部を形成することを特徴とする請求項１０に記載の液体吐出装置の製造方法。
12. 前記凸部形成工程において、前記積層体を、断面形状が三角形の凹部が形成されたダイの上に載置した状態で、前記積層体に前記パンチを押し付けて前記凸部を形成することを特徴とする請求項１１に記載の液体吐出装置の製造方法。

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