JP2004230680A - 液体噴射ヘッド、及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】固有振動周期を短くして液滴の高周波吐出に対応可能とすると共に、クロストークの発生を構造的に防止して液滴の吐出特性を安定化する。
【解決手段】流路形成基板７を、圧力室空部２１をプレス加工による貫通口として設けた金属製の圧力室形成プレート２４と、第１連通口空部２５及びリザーバ空部２６をプレス加工による貫通口として設けた金属製のリザーバプレート２７と、第２連通口空部２８及びインク供給口１５を板厚方向を貫通する貫通口として設けた供給口プレート３０とに分けて構成する。リザーバ空部２６の少なくとも一部が圧力室空部２１のインク供給側の先端よりも圧力室長手方向の内側に配置されるように圧力室形成プレート２４とリザーバプレート２７を配置すると共に、これらのプレートの間に供給口プレート３０を挟んで各プレートを接着し、圧力室空部２１とリザーバ空部２６とをインク供給口１５で連通する。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の液体を吐出可能な液体噴射ヘッド、及びこの液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置に関し、特に、圧力室となる圧力室空部やノズル連通口となる連通口空部等が形成された流路形成基板を有するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体を液滴の状態で吐出可能な液体噴射ヘッドとしては、種々のものが提案されている。例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられるインクジェット式記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドが提案されている。
【０００３】
この様な液体噴射ヘッドでは、ｐｌ（ピコリットル）レベルの極く少量の液体を吐出可能であるため、圧力室やノズル連通口には極めて高い寸法精度が要求される。この観点から、圧力室となる圧力室空部やノズル連通口となる連通口空部等を有する流路形成基板にはシリコンウェハーが用いられ、異方性エッチングによって圧力室空部や連通口空部等が設けられている。しかしながら、１枚のシリコンウェハーから作製できる流路形成基板の数は限られ、流路形成基板を大量に生産しようとするとコストの面及び作業効率の面で不利となってしまう。また、シリコンウェハーは定型であるため、流路形成基板を大型化することが難しいという問題があった。
【０００４】
このような問題を解決すべく、流路形成基板を金属製プレートに対するプレス加工で作製する試みがなされている。例えば、板厚方向の途中までポンチを押し込んで圧力室空部を作製し、その後、レーザー加工等によって連通口空部を作製する等の方法が採られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２６３７９９号公報（第６−８頁，第１２−１４図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に記載された液体噴射ヘッドでは、圧力室となる圧力室空部が凹状溝部として流路形成基板の表面に形成され、液体供給口となる供給溝部が凹状溝部として流路形成基板の表面に形成されている。さらに、リザーバとなるリザーバ空部は、板厚方向を貫通する貫通口として形成され、一方の開口面が弾性板に、他方の開口面がノズルプレートによってそれぞれ封止されている。そして、弾性板におけるリザーバ空部の封止部分は、弾性体膜によるコンプライアンス部（薄肉部）として構成され、リザーバに貯留された液体の圧力変動を吸収している。
【０００７】
ところで、この種の液体噴射ヘッドでは、液滴の高周波吐出に対する要求が強い。これは、液滴を高い周波数で吐出できれば、単位時間あたりに吐出可能な液滴の量を増やすことができ、処理の短縮化が図れるからである。ここで、液滴の高周波吐出を実現するためには、圧力室内における液体圧力の固有振動周期を可及的に短くすることが肝要である。これは、液滴の吐出タイミングがこの固有振動周期に依存して定まることによる。即ち、固有振動周期で規定されるタイミング毎に液滴を吐出させることで、一定量の液滴を一定速度で吐出させることができるからである。
【０００８】
この固有振動周期は圧力室の長さによって変動し、断面積が同じであれば圧力室の長さが短いほど固有振動周期が短くなる。そして、液滴を吐出させる目的から断面積の大きさは自ずと規定されるので、固有振動周期を短くするためには圧力室の長さを短くすることが求められる。
しかしながら、上記の液体噴射ヘッドでは、ポンチを板厚方向の途中まで押し込んで凹部を形成するので、ポンチに掛かる負荷が過剰に大きくなってしまう。このため、圧力室の大きさを小さくするには製造技術上限界があり、固有振動周期を短くすることが困難であった。
【０００９】
また、この種の液体噴射ヘッドでは、液滴の吐出特性（例えば、液滴の量や飛行速度等）を安定化することも肝要である。特に、所謂クロストークの発生を防止し、複数のノズル開口の全てから液滴を吐出させた場合と、一部のノズル開口から液滴を吐出させた場合とで液滴の吐出特性を揃えることが求められる。
しかしながら、上記の液体噴射ヘッドは、リザーバ空部が貫通口として形成されており、このリザーバ空部の一面を弾性板で封止する構成である。このため、ケースと流路ユニットの接着面積が少なくなり、加えて流路形成基板がシリコンウェハーよりも柔らかい金属で作製されていることから、接着部分における剛性が不足してしまう。そして、この接着部分は圧力発生素子の変形時に発生する力の作用点になるので、接着面積が不足すると流路形成基板に変形が生じることとなり、クロストークが発生してしまう。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、液滴をより高い周波数で安定的に吐出可能にすること、及び、クロストークの発生を構造的に防止し、液滴の吐出特性を安定化することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、流路形成基板の一方の面に弾性板を、他方の面にノズルプレートをそれぞれ接合することで、リザーバから液体供給口、圧力室及びノズル連通口を通ってノズル開口に至る一連の液体流路を設けた流路ユニットと、該流路ユニットが先端面に接合されると共に、圧力発生素子を内部に収納したケースとを備え、
前記圧力発生素子により前記弾性板を部分的に変位させることで前記圧力室の容積を変化させる液体噴射ヘッドにおいて、
前記流路形成基板は、前記圧力室となる細長い圧力室空部をプレス加工による貫通口として設けた金属製の第１プレートと、前記ノズル連通口の一部となる第１連通口空部及び前記リザーバとなるリザーバ空部をプレス加工による貫通口として設けた金属製の第２プレートと、前記ノズル連通口の一部となる第２連通口空部及び前記液体供給口を板厚方向を貫通する貫通口として設けた第３プレートと、からなり、
前記リザーバ空部の少なくとも一部が前記圧力室空部の液体供給側先端よりも前記圧力室長手方向の内側に配置されるように前記第１プレートと前記第２プレートを配置すると共に、前記第１プレートと前記第２プレートとの間に第３プレートを挟んで各プレートを接着し、前記圧力室空部における液体供給側の端部と前記リザーバ空部とを前記液体供給口によって連通したことを特徴とする。
なお、「先端」とは最も端の位置を意味し、「端部」とは端側の領域を意味する。
【００１２】
この発明によれば、ポンチを板厚方向に打ち抜くことによって圧力室空部が作製される。このため、ポンチに掛かる負荷に関し、ポンチを板厚方向の途中まで押し込んで加工する場合よりも軽減される。即ち、ポンチを押し込んで加工する場合、このポンチには素材プレートからの反力が比較的長時間に亘って加わる。一方、ポンチを板厚方向に打ち抜いた場合、ポンチには瞬間的に大きな荷重が加わるが、素材プレートの破断（ブレークスルー）によって極く短時間で解放される。従って、ポンチを板厚方向の途中まで押し込んで加工するよりも小さい形状の圧力室空部を形成できる。このため、圧力室内部に生じる固有周期の圧力振動に関し、その振動周期を可及的に短くすることができる。これにより、液滴を高い周波数で吐出させても、液滴の量や飛行速度等を安定化することができる。
【００１３】
また、この発明によれば、リザーバ空部が第２プレートに設けられ、このリザーバ空部の開口面を第３プレートとノズルプレートによって封止するので、第１プレートにおける圧力室空部よりも外側の部分（即ち、圧力室長手方向の外側部分）は、溝部や貫通口を形成しない厚肉部とすることができる。そして、弾性板はこの厚肉部の表面に接合されるので、ケース先端面、弾性板及び厚肉部の接着面積を広げることができる。これにより、各部を強固に接着できると共に、流路ユニット側の接着部分について剛性を高めることができる。その結果、流路ユニットが変形し難くなり、クロストークの発生を防止できると共に、液滴の吐出特性を安定化することができる。
【００１４】
上記発明において、前記第３プレートに関し、前記リザーバ空部の封止部分を、他の部分よりも薄肉なコンプライアンス部として構成することが好ましい。
この発明によれば、コンプライアンス部が設けられているので、リザーバへの流入に伴う液体の圧力変動を効率よく吸収することができる。また、このコンプライアンス部が流路ユニットの内部に設けられており、流路ユニットの表面に露出していないので、コンプライアンス部を極めて薄く構成しても破損し難い。
【００１５】
上記発明において、前記第３プレートを金属製の板材によって作製し、前記第２連通口空部及び前記液体供給口をプレス加工による貫通口として設ける構成が好ましい。さらに、前記第１プレート及び前記第２プレートを少なくともニッケル製の板材によって構成し、前記第３プレートを少なくともステンレス製の板材によって構成することが好ましい。
これらの発明によれば、プレス加工で各部が構成されるので、生産性が向上し量産に適する。また、第１プレート及び第２プレートを展性の良いニッケル製の板材によって作製するので、比較的大きな開口部であっても寸法精度良く作製することができる。加えて、線膨張係数等の物性がニッケルに近いステンレス製の板材を用いて第３プレートを構成しているので、各プレートの接合時に加熱しても反り等の変形が生じ難い。このため、ヘッドの信頼性を高めることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は、液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッドと略記する）を例に挙げて行うこととする。
【００１７】
この記録ヘッドは、液体状のインク（本発明の液体の一種）を吐出することにより、記録紙（着弾対象物の一種）の表面に文字や画像等を記録するものである。図１に例示した記録ヘッド１は、ケース２と、このケース２内に収納される振動子ユニット３と、ケース２の先端面に接合される流路ユニット４等から概略構成されている。
【００１８】
上記のケース２は、例えば、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂で成型されたブロック状部材である。ここで、ケース２を熱硬化性樹脂で成型しているのは、この熱硬化性樹脂は、一般的な樹脂よりも高い機械的強度を有しており、線膨張係数が一般的な樹脂よりも小さく、周囲の温度変化による変形が小さいからである。そして、このケース２には、振動子ユニット３を収納可能な収納空部５と、ヘッド外部から供給されるインクを案内するインク供給路６（液体供給路の一種）とを、ケース２の高さ方向を貫通させた状態で設けている。また、このケース２の先端面２ａは、流路ユニット４を接着するための接着面として機能する。
【００１９】
上記の振動子ユニット３は、複数の圧電振動子７によって構成される振動子群と、この振動子群が接合される固定板８と、振動子群に駆動信号を供給するためのフレキシブルケーブル（図示せず）とから概略構成される。上記の圧電振動子７は、圧力発生素子の一種であって電気機械変換素子の一種であり、振動子電位に応じて変形する。本実施形態における圧電振動子７は、例えば、圧電体層と電極層とを交互に積層した圧電板を櫛歯状に切り分けることで作製された積層型（縦振動モード）の圧電振動子である。各圧電振動子７は、固定板８に対して所謂片持ち梁の状態で接合されている。そして、各圧電振動子７において、固定板８の縁よりも外側に突出した自由端部が、振動子電位に応じて積層方向とほぼ直交する方向に伸縮する。上記の固定板８は、厚さが１ミリ程度の板状部材であり、伸縮時において生じる圧電振動子７からの反力を受け止める部材である。本実施形態では、この固定板８を、金属材料の一種であるステンレスによって作製している。また、この固定板８の背面、即ち、振動子接合面とは反対側の表面は、収納空部５を区画するケース２の内壁面２ｂに接着されている。従って、圧電振動子７からの反力は、固定板８を介してケース２に作用する。
【００２０】
次に、上記の流路ユニット４について説明する。この流路ユニット４は、流路形成基板１１の一方の面にノズルプレート１２を、流路形成基板１１の他方の面に弾性板１３を接合した構成である。そして、この流路ユニット４には、リザーバ１４と、インク供給口１５（本発明の液体供給口の一種）と、圧力室１６と、ノズル連通口１７と、ノズル開口１８とが設けられている。そして、これらの各部により、リザーバ１４からインク供給口１５、圧力室１６及びノズル連通口１７を経てノズル開口１８に至る一連の個別インク流路が、ノズル開口１８に対応する複数形成されている。
【００２１】
上記の流路形成基板１１は、圧力室１６となる圧力室空部２１、及び、供給連通路２２の一部となる第１供給連通空部２３（図３（ｂ）参照）が形成された圧力室形成プレート２４と、ノズル連通口１７の一部となる第１連通口空部２５、及び、リザーバ１４となるリザーバ空部２６が形成されたリザーバプレート２７と、ノズル連通口１７の一部となる第２連通口空部２８、インク供給口１５、及び、供給連通路２２の一部となる第２供給連通空部２９（図３（ｃ）参照）が形成された供給口プレート３０とからなる３枚構成である。ここで、上記の圧力室形成プレート２４は本発明における第１プレートの一種であり、リザーバプレート２７は本発明における第２プレートの一種である。また、供給口プレート３０は本発明における第３プレートの一種である。
【００２２】
そして、これらのプレート同士を厚さ方向に積層して接着することで、流路形成基板１１が作製されている。本実施形態では、圧力室形成プレート２４とリザーバプレート２７を金属板の一種である純ニッケルの薄板（以下、単にニッケル板という。）によって構成している。また、供給口プレート３０を金属板の一種であるステンレス製の薄板によって構成している。なお、この流路形成基板１１については、後で詳細に説明する。
【００２３】
上記の弾性板１３は、図３（ａ）にも示すように、圧力室空部２１の開口面を封止するダイヤフラム部３３と、供給連通路２２の一部となる第３供給連通空部３４が形成された板状部材である。本実施形態の弾性板１３は、支持板３５と弾性体膜３６の積層構造である。具体的には、支持板３５として厚さ約３０μｍのステンレス板を用い、弾性体膜３６として厚さ約７μｍのＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）を用いている。そして、支持板３５と弾性体膜３６との間にポリオレフィン等の接着層（ＡＤ層）を挟んで一体化して板状基板とし、エッチング処理を施す等によってダイヤフラム部３３を作製する。また、プレス加工（打ち抜き加工）等により、上記の第３供給連通空部３４を形成する。この第３供給連通空部３４は、その直径が上記インク供給路６の直径に揃えられると共に、このインク供給路６と連通する位置に設けられた円形の貫通口である。
【００２４】
上記のダイヤフラム部３３は、圧力室空部２１における開口面を封止する部分であり、圧力室１６の一部を区画している。このダイヤフラム部３３には、圧電振動子７の先端面が接合される島部３７と、この島部３７を囲うように設けられた薄肉弾性部３８とを設ける。そして、このダイヤフラム部３３は、島部３７となる部分が残るように支持板３５を部分的に除去することで作製される。
また、島部３７は、圧力室空部２１の開口形状よりも一回り小さいブロック状に作製される。例えば、島部３７の幅は圧力室空部２１の幅の約半分に、島部３７の長さは圧力室空部２１の長さの約半分に設定される。このような島部３７をダイヤフラム部３３の略中央に設けることで、弾性体膜３６からなる薄肉弾性部３８が島部３７を囲うように形成される。
【００２５】
次に、上記のノズルプレート１２について説明する。ノズルプレート１２は、複数のノズル開口１８を穿設した金属製の板状部材であり、本実施形態では薄手のステンレス板を用いている。このノズルプレート１２に穿設されたノズル開口１８は、図２にその一部を示すように、ドット形成密度に対応したピッチで複数列設されている。そして、１列に属する複数のノズル開口１８でノズル列（図示せず）を構成すると共に、このノズル列を横並びに複数列設けている。このノズルプレート１２は、流路形成基板１１の一方の表面、即ち、弾性板１３とは反対側の表面に接合される。この接合状態において、各ノズル開口１８は対応するノズル連通口１７に臨む。
【００２６】
上記構成の記録ヘッド１は、インク供給針（液体供給針の一種，図示せず。）からインク供給路６及び供給連通路２２を通ってリザーバ１４に至る共通インク流路（共通液体流路の一種）と、インク供給口１５から各ノズル開口１８に至る個別インク流路（本発明の液体流路の一種）とを有する。そして、インクカートリッジに貯留されたインクは、インク供給針から導入され、共通インク流路を通った後にリザーバ１４に貯留される。また、リザーバ１４に貯留されたインクは、個別インク流路を通じてノズル開口１８から液滴として吐出される。
【００２７】
例えば、圧電振動子７を素子長手方向に収縮させると、ダイヤフラム部３３が振動子ユニット３側に引っ張られて圧力室１６が膨張する。この膨張により圧力室１６内が負圧化されるので、リザーバ１４に貯留されているインクがインク供給口１５を通って圧力室１６内に流入する。その後、圧電振動子７を素子長手方向に伸張させると、ダイヤフラム部３３が流路形成基板１１側に押されて圧力室１６が収縮する。この収縮により、圧力室１６内のインク圧力が上昇し、対応するノズル開口１８からインク滴が吐出される。
【００２８】
次に、上記の流路形成基板１１について詳細に説明する。上記したように、流路形成基板１１は、圧力室形成プレート２４（本発明の第１プレートの一種）と、リザーバプレート２７（本発明の第２プレートの一種）と、供給口プレート３０（本発明の第３プレートの一種）とからなる３枚構成であり、圧力室形成プレート２４とリザーバプレート２７との間に供給口プレート３０を挟み、各プレートを積層状態で接着することで作製されている。
【００２９】
本実施形態では、図２に示すように、圧力室形成プレート２４をニッケル板によって構成すると共に、符号ｔ２４で示す厚さを８０μｍ程度としている。また、リザーバプレート２７についてもニッケル板によって構成すると共に、符号ｔ２７で示す厚さを２００μｍ程度としている。一方、供給口プレート３０については、ステンレス板によって構成すると共に、符号ｔ３０で示す厚さを６０μｍ程度としている。
【００３０】
圧力室形成プレート２４に設けられた圧力室空部２１は、図３（ｂ）に示すように、ノズル列方向とは直交する方向に細長い矩形状（つまり、長方形状）の貫通口であり、プレス加工（打ち抜き加工）によって作製されている。本実施形態では、符号Ｌ２１で示す長さが８００μｍであり、符号Ｗ２１で示す幅が１１５μｍの矩形状開口によって構成されている。そして、この圧力室空部２１を幅方向、即ち、ノズル列方向に並べて設けている。また、この圧力室形成プレート２４に設けられた第１供給連通空部２３は、上記の第３供給連通空部３４と同様に、プレス加工等により開設された円形の貫通口である。そして、この第１供給連通空部２３もまた、その直径が上記インク供給路６の直径に揃えられており、その形成位置は第３供給連通空部３４と連通可能な位置とされている。
【００３１】
リザーバプレート２７に設けられた第１連通口空部２５もまた、プレス加工（打ち抜き加工）によって作製されている。この第１連通口空部２５は、図３（ｄ）に示すように、ノズル列方向とは直交する方向に細長い矩形状（つまり、長方形状）の貫通口である。本実施形態では、符号Ｌ２５で示す長さが１５０μｍであり、符号Ｗ２５で示す幅が８５μｍの矩形状開口によって構成されている。そして、上記のノズル開口１８は、流路ユニット４に組み立てられた状態で、対応する第１連通口空部２５内に臨む。
また、このリザーバプレート２７に設けられたリザーバ空部２６もまた、プレス加工（打ち抜き加工）によって作製され、ノズル列方向に延設された貫通口である。このリザーバ空部２６は、例えば略台形状に形成される。本実施形態では、この台形状の圧力室空部２１における下底側の辺（圧力室空部２１側の辺）から上底側の辺（供給連通路２２側の辺）までの間隔Ｌ２６を、インク供給口１５の外側端部から供給連通路２２の外側端部までの間隔Ｌ３０よりも長く設定し、流路ユニット４に組み立てた状態で、これらのインク供給口１５と供給連通路２２とがリザーバ１４内に臨むようにしている。
【００３２】
供給口プレート３０に設けられた第２連通口空部２８もまた、プレス加工（打ち抜き加工）によって作製されており、図３（ｃ）に示すように矩形状（つまり、長方形状）の貫通口である。本実施形態では、符号Ｌ２８で示す長さが１５０μｍであり、符号Ｗ２８で示す幅が１００μｍの矩形状開口によって構成されている。即ち、圧力室空部２１、第１連通口空部２５、及び、第２連通口空部２８の幅Ｗ２１，Ｗ２５，Ｗ２８に関し、圧力室空部２１の幅Ｗ２１が一番広く、第２連通口空部２８の幅Ｗ２８が２番目に広い。そして、第１連通口空部２５の幅Ｗ２５が最も狭く設定されている。換言すれば、インク流路の下流側に向かう程に流路の開口が狭くなっている。このように構成すると、インクを円滑に流すことができる。また、各プレート同士を接着する際において、多少の位置ズレであればそれを吸収することができる。即ち、インク滴の吐出特性に悪影響を与えずに済む。
【００３３】
また、この供給口プレート３０に設けられたインク供給口１５は、プレス加工等によって開設された円形の貫通口である。そして、このインク供給口１５は、リザーバ１４側の下半部分がストレート部として構成され、圧力室１６側の上半部分が圧力室１６側に向けて拡開するテーパー部として構成されている。このインク供給口１５は、圧力室１６内におけるインクの固有振動周期に影響を与えるので、高い寸法精度が要求される。このため、インク供給口１５を作製するにあたっては、ポンチを素材プレートの厚さ方向の途中まで押し込んで凹部を形成し、その後、素材プレートにおけるストレート部側の面を研磨することで凹部を貫通させている。この方法によれば、インク供給口１５を高い寸法精度で容易に作成することができる。
【００３４】
さらに、この供給口プレート３０に設けられた第２供給連通空部２９は、上記の第１供給連通空部２３や第３供給連通空部３４と同様に、プレス加工等により開設された円形の貫通口である。そして、この第２供給連通空部２９もまた、その直径が上記インク供給路６の直径に揃えられており、その形成位置は第１供給連通空部２３と連通可能な位置とされる。
【００３５】
この他に、供給口プレート３０には、リザーバ空部２６の一面を封止するコンプライアンス部３９を設けている。このコンプライアンス部３９は、供給口プレート３０における他の部分よりも薄肉に構成されており、リザーバ１４に貯留されたインクの圧力変動に応じて変形する部分である。また、このコンプライアンス部３９（薄肉部）の面積、即ち変形量は、圧力室の長さに関係なくリザーバ幅を大きく設定することで、十分に確保できる。その結果、このコンプライアンス部３９の変形によって、リザーバ１４に貯留されたインクの圧力変動を吸収することができる。
なお、流路ユニット４に組み立てられた状態では、図４に示すように、コンプライアンス部３９と圧力室形成プレート２４との間に、コンプライアンス部３９の変形を許容するための逃げ空間が形成される。この逃げ空間は、プレートの面方向に沿って連続的に形成され、端部で大気開放されている。
【００３６】
このように、流路形成基板１１を圧力室形成プレート２４とリザーバプレート２７と供給口プレート３０の３枚構成にしたのは、圧力室空部２１、連通口空部２５，２８、インク供給口１５、及び、供給連通路２３，２９を凹凸のない素材プレートに対する打ち抜き加工によって容易に作製するためである。
【００３７】
即ち、ポンチを板厚方向に打ち抜くことによって圧力室空部２１等が作製される。このため、ポンチに掛かる負荷に関しては、ポンチを板厚方向の途中まで押し込んで加工する場合よりも軽減される。即ち、ポンチを押し込んで加工する場合、このポンチには素材プレートからの反力が比較的長時間に亘って加わる。一方、ポンチを板厚方向に打ち抜いた場合、ポンチには瞬間的に大きな荷重が加わるが、素材プレートの破断によって極く短時間で解放される。従って、ポンチを板厚方向の途中まで押し込んで加工するよりも小さい形状の圧力室空部２１等を形成できる。さらに、圧力室空部２１とリザーバ空部２６とをインク供給口１５によって連通する構成としているので、圧力室空部２１（圧力室１６）は、インク滴の吐出量に応じた最小限の容積で足りる。
【００３８】
このため、圧力室内に生じる固有周期の圧力振動に関し、その振動周期を可及的に短くすることができる。これにより、インク滴の吐出周波数を高めても、圧力振動に同期させて吐出させることができ、インク滴の量や飛行速度等を安定化することができる。
【００３９】
例えば、圧力室１６における長手方向の長さを変化させ、この圧力室長さ以外の条件を揃えた記録ヘッド１同士を比較すると、図６に示す様な結果が得られる。この例では、圧力室長さ（圧力室空部２１の長さ）が１．０ｍｍの記録ヘッド１において、駆動周波数が４０ｋＨｚを越えた領域に固有振動Ｔｃ（インク量変動曲線）のボトムが現れる。このため、当該領域においては、圧力室１６内のインクの圧力変動に対するメニスカスの応答が不十分となり、インク滴の吐出量が減少してしまう。従って、この場合には、最大駆動周波数としては３８ｋＨｚ程度となってしまう。一方、圧力室長さが０．８ｍｍの記録ヘッド１においては、駆動周波数を圧電振動子７の許容上限である４２ｋＨｚに設定しても固有振動Ｔｃのボトムにはあたらない。このため、最大駆動周波数として４２ｋＨｚを設定することができる。
【００４０】
さらに、この打ち抜き加工は容易であるため大量生産に適する。さらに、打ち抜き時においてポンチに偏加重などの無用な応力がかかり難くなるので、ポンチ折れ等の不具合を防止することもできる。さらに、各部の開口形状を矩形や円形等の単純な形状とできるので、この点でもポンチ折れ等の不具合を防止できる。
【００４１】
また、流路形成基板１１を上記の３枚構成にしたことにより、圧力室空部２１の深さは圧力室形成プレート２４の厚みｔ２４で規定される。このため、圧力室空部２１に関し、深さ方向の寸法精度を向上させることができる。さらに、素材プレート毎に打ち抜き加工（プレス加工）し、その後に接着するので、流路形成基板１１の厚さを、従来よりも厚くすることができる。これにより、流路ユニット４の剛性を高めることができ、インク滴の吐出特性を安定化することができる。これにより、圧力室１６からの押圧力に起因する流路ユニット４全体の変形を防止することができ、所謂クロストークを防止することができる。
【００４２】
また、圧力室形成プレート２４とリザーバプレート２７の素材としてニッケル板を選定した理由は、次の通りである。第１の理由は、展性に富んでいるからである。これは、圧力室形成プレート２４及びリザーバプレート２７を作製するにあたって打ち抜き加工を採用していることによる。即ち、これらのプレートに形成される圧力室空部２１や第１連通口空部２５等は、極めて微細な形状であり、且つ、高い寸法精度が要求される。そして、基板にニッケルを用いると、展性に富んでいることから打ち抜き加工であってもこれらの各部を高い寸法精度で形成することができる。
【００４３】
第２の理由は、防錆性に優れているからである。即ち、この種の記録ヘッド１１１では水性インクが好適に用いられているので、長期間に亘って水が接触しても錆び等の変質が生じないことが肝要である。その点、ニッケルは、ステンレスと同様に防錆性に優れており、錆び等の変質が生じ難い。
【００４４】
また、この流路ユニット４において、上記の供給口プレート３０、ノズルプレート１２、弾性板１３（支持板３５）がステンレス製であり、圧力室形成プレート２４及びリザーバプレート２７がニッケル製である。このように、ステンレスとニッケルの組み合わせを選んだのは、ステンレスとニッケルは、その線膨張係数がほぼ等しいからである。即ち、これらの各プレートを加熱接着した際において、各プレートは均等に膨張するため、線膨張係数の違いに起因する反り等の機械的ストレスが発生し難い。その結果、高温で接着したとしても各部材を支障なく接着することができる。
【００４５】
なお、本願実施形態では、流路形成基板１１に関し、圧力室形成プレート２４とリザーバプレート２７に純ニッケルを、供給口プレート３０にステンレスを用いたが、この種の金属に限られず、上記した各要件、即ち、線膨張係数の要件、防錆性の要件、及び、展性の要件を満たすならば、ニッケルやステンレス以外の金属で構成してもよい。
【００４６】
そして、これらの圧力室形成プレート２４、リザーバプレート２７、及び、供給口プレート３０は、上記したように、圧力室形成プレート２４とリザーバプレート２７との間に供給口プレート３０を挟んだ状態で接着される。このとき、図４に符号Ｓで示すように、リザーバ空部２６の一部分が圧力室空部２１のインク供給側の先端（即ち、最も端の位置）よりも圧力室長手方向の内側に配置されるように、圧力室形成プレート２４とリザーバプレート２７を配置する。そして、圧力室空部２１におけるインク供給側の端部（即ち、先端から少し手前までの範囲）とリザーバ空部２６とを供給口プレート３０のインク供給口１５によって連通する。
【００４７】
このように構成すると、リザーバ空部２６の開口面の一方がノズルプレート１２によって封止され、他方が供給口プレート３０によって封止される。このため、圧力室形成プレート２４における圧力室空部２１よりも外側の部分、即ち、圧力室長手方向の外側部分については、溝部や貫通口を形成しない厚肉部とすることができる。そして、弾性板１３はこの厚肉部の表面に接着されるので、ケース先端面２ａと弾性板１３の接着面積を広げることができ、ケース２と流路ユニット４とを強固に接着できる。また、流路ユニット４におけるケース２との接着部分について、剛性を高めることができる。その結果、流路ユニット４が変形し難くなってクロストークの発生を防止でき、インク滴の量や飛行速度といった吐出特性を安定化させることができる。
【００４８】
また、圧力室空部２１とリザーバ空部２６とが圧力室長手方向に対して部分的に重畳しているので、流路ユニット４に関し、圧力室長手方向の長さを従来よりも短くすることができる。これにより、記録ヘッド１の小型化も図れる。
【００４９】
また、この構成では、図５にも示すように、上記のコンプライアンス部３９が流路ユニット４の内部、即ち、厚さ方向の途中に設けられる。言い換えれば、コンプライアンス部３９を、圧力室形成プレート２４の厚肉部分で覆って保護している。また、コンプライアンス部（薄肉部）３９は、圧力室の長さに拘わらず、リザーバ１４の幅（例えば、ノズル列方向の幅）を必要十分な大きさに設定することで十分な面積が確保できる。このように、薄肉のコンプライアンス部３９が流路ユニット４の表面に露出していないので、このコンプライアンス部３９が破損し難い。その結果、コンプライアンス部３９を極めて薄く構成できると共に十分な変形量が確保できる。
【００５０】
ところで、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に基づいて種々の変形が可能である。
【００５１】
例えば、圧力発生素子に関し、上記実施形態では、所謂縦振動モードの圧電振動子７を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、所謂撓み振動モードの圧電振動子を用いてもよいし、静電アクチュエータを用いてもよい。
【００５２】
また、リザーバ空部２６の配置に関し、リザーバ空部２６の開口全体を圧力室空部２１の長さ範囲内（図３（ｂ）に符号Ｌ２１で示す範囲内）に収めてもよい。このように構成すると、記録ヘッド１の小型化の面で有利である。
【００５３】
なお、本発明は、プリンタに限らず、プロッタ、ファクシミリ装置、コピー機等、各種の記録装置に用いる記録ヘッドにも適用可能である。
また、本発明は、記録装置以外の液体噴射装置に用いる液体噴射ヘッドにも適用できる。例えば、液晶ディスプレー等のカラーフィルタを製造するディスプレー製造装置，有機ＥＬディスプレーやＦＥＤ等の電極を形成する電極製造装置，バイオチップを製造するチップ製造装置，極く少量の試料溶液を正確な量供給するマイクロピペット用の液体噴射ヘッドにも適用することができる。
そして、ディスプレー製造装置では、色材噴射ヘッドから少なくともＲ（Ｒｅｄ）・Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）・Ｂ（Ｂｌｕｅ）の各色材の溶液を吐出する。また、電極製造装置では、電極材噴射ヘッドから液状の電極材料を吐出する。チップ製造装置では、生体有機物噴射ヘッドから生体有機物の溶液を吐出する。
【図面の簡単な説明】
【図１】記録ヘッドの構造を説明する断面図である。
【図２】圧力室とノズル連通口の関係を説明する部分拡大断面図である。
【図３】（ａ）は弾性板の構成を説明する部分拡大図、（ｂ）は圧力室形成プレートの構成を説明する部分拡大図、（ｃ）は供給口プレートの構成を説明する部分拡大図、（ｄ）はリザーバプレートの構成を説明する部分拡大図である。
【図４】リザーバ近傍を説明する部分拡大断面図である。
【図５】コンプライアンス部近傍を説明する部分拡大図である。
【図６】圧力室長さとインク量の関係を説明する図である。
【符号の説明】
１…記録ヘッド，２…ケース，３…振動子ユニット，４…流路ユニット，５…収納空部，６…インク供給路，７…圧電振動子，８…固定板，１１…流路形成基板，１２…ノズルプレート，１３…弾性板，１４…リザーバ，１５…インク供給口，１６…圧力室，１７…ノズル連通口，１８…ノズル開口，２１…圧力室空部，２２…供給連通路，２３…第１供給連通空部，２４…圧力室形成プレート，２５…第１連通口空部，２６…リザーバ空部，２７…リザーバプレート，２８…第２連通口空部，２９…第２供給連通空部，３０…供給口プレート，３３…ダイヤフラム部，３４…第３供給連通空部，３５…支持板，３６…弾性体膜，３７…島部，３８…薄肉弾性部，３９…コンプライアンス部

Claims (5)

1. 流路形成基板の一方の面に弾性板を、他方の面にノズルプレートをそれぞれ接合することで、リザーバから液体供給口、圧力室及びノズル連通口を通ってノズル開口に至る一連の液体流路を設けた流路ユニットと、該流路ユニットが先端面に接合されると共に、圧力発生素子を内部に収納したケースとを備え、
   前記圧力発生素子により前記弾性板を部分的に変位させることで前記圧力室の容積を変化させる液体噴射ヘッドにおいて、
   前記流路形成基板は、前記圧力室となる細長い圧力室空部をプレス加工による貫通口として設けた金属製の第１プレートと、前記ノズル連通口の一部となる第１連通口空部及び前記リザーバとなるリザーバ空部をプレス加工による貫通口として設けた金属製の第２プレートと、前記ノズル連通口の一部となる第２連通口空部及び前記液体供給口を板厚方向を貫通する貫通口として設けた第３プレートと、からなり、
   前記リザーバ空部の少なくとも一部が前記圧力室空部の液体供給側先端よりも前記圧力室長手方向の内側に配置されるように前記第１プレートと前記第２プレートを配置すると共に、前記第１プレートと前記第２プレートとの間に第３プレートを挟んで各プレートを接着し、前記圧力室空部における液体供給側の端部と前記リザーバ空部とを前記液体供給口によって連通したことを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記第３プレートは、前記リザーバ空部の封止部分を、他の部分よりも薄肉なコンプライアンス部として構成したことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記第３プレートを金属製の板材によって作製し、前記第２連通口空部及び前記液体供給口をプレス加工による貫通口として設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記第１プレート及び前記第２プレートを少なくともニッケル製の板材によって構成し、前記第３プレートを少なくともステンレス製の板材によって構成したことを特徴とする請求項３に記載の液体噴射ヘッド。
5. 請求項１から請求項４の何れかに記載された液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする液体噴射装置。

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