特開 2023-177931 液体吐出ヘッド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023177931

(43)【公開日】2023-12-14

(54)【発明の名称】液体吐出ヘッド

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/14 20060101AFI20231207BHJP

【ＦＩ】

B41J2/14 605

B41J2/14 613

B41J2/14 303

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022090904

(22)【出願日】2022-06-03

(71)【出願人】

【識別番号】000003562

【氏名又は名称】東芝テック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162570

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 早苗

(72)【発明者】

【氏名】小西 翼

(72)【発明者】

【氏名】横山 周平

【テーマコード（参考）】

2C057

【Ｆターム（参考）】

2C057AF06

2C057AF71

2C057AG12

2C057AG30

2C057AG45

2C057AN05

2C057AP47

2C057BA05

2C057BA14

(57)【要約】

【課題】安定的な吐出特性を確保することができる液体吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】一実施形態に係る液体吐出ヘッドは、アクチュエータ部と、ノズルプレートと、絞り部と、を備える。アクチュエータ部は、複数の圧力室を構成する溝と、前記圧力室を構成する前記溝の間に形成される複数の側壁と、を有する。ノズルプレートは前記複数の圧力室の一方側に対向配置される。絞り部は、前記アクチュエータの、前記圧力室の前記共通室に連通する連通口の一部を塞ぎ、前記圧力室の深さ方向において前記一方側が縮幅する絞り口を形成する絞り壁を有する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の圧力室を構成する溝と、前記圧力室を構成する前記溝の間に形成される複数の側壁部と、を有するアクチュエータ部と、
前記複数の圧力室の一方側に対向配置されるノズルプレートと、
前記アクチュエータ部の、前記圧力室と前記圧力室に連通する共通室との連通口の一部を塞ぎ、前記圧力室の深さ方向において前記一方側が縮幅する絞り口を形成する絞り壁を有する、絞り部と、
を備える液体吐出ヘッド。

【請求項2】

複数の前記溝及び複数の前記側壁部は第１方向に並び、
前記絞り部は前記側壁部に設けられ、前記連通口の前記第１方向の幅寸法を前記圧力室内部の前記第１方向の幅寸法よりも狭める絞り壁を有し、前記圧力室内よりも流路抵抗が大きく構成され、
前記側壁部の頂部と、前記ノズルプレートとの間に、接着剤層を有する、
請求項１に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項3】

前記絞り壁は、感光性樹脂で構成される、
前記絞り口は前記圧力室の底部側が拡幅するテーパ状のスリットであり、
請求項２に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項4】

前記アクチュエータ部は、前記複数の圧力室の間にそれぞれ形成される複数の空気室を有し、
前記圧力室及び前記空気室は第１方向に並び、前記第１方向と交差する第２方向にそれぞれ延出し、
前記圧力室の前記第２方向における両端に、前記絞り部がそれぞれ配され、前記圧力室の両端が前記絞り口を介して前記共通室にそれぞれ連通する、サイドシュータ型の、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項5】

前記絞り口の前記ノズルプレート側の開口端の開口幅は、未硬化の接着剤を表面張力により保持可能な幅に構成される、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、液体吐出ヘッドに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、インクジェットヘッドにおいて、高生産性が求められ、高速化や液滴量増加が課題となっている。例えば、シェアモードシェアードウォール式のインクジェットヘッドは、ハイパワーとなり、高粘度インクの吐出や大きな液滴の吐出に向いている。シェアモードシェアウォール式のインクジェットヘッドにおいては、同じ駆動柱を２つの圧力室で共有し、複数配列される室のうちの１／３を圧力室として同時に駆動する所謂３サイクル駆動が一般的である。また、駆動する圧力室の両側をダミー圧力室として、１つの圧力室を独立した２つの駆動柱で駆動する独立駆動ヘッドも開発されている。例えば、圧電体に多数の溝を形成し、１本おきに出入口を塞ぎ、出入口が塞がれない溝を圧力室とし、塞がれた溝を空気室として、独立駆動とする構造が開発されている。

【0003】

このようなインクジェットヘッドにおいては、インク滴が吐出した後、共通液室から圧力室にインクが補給される。このとき、ノズルでオーバーシュートしてメニスカスが盛り上る現象が発生する。共通液室からノズルに至る流路の流路抵抗が小さいほどオーバーシュートは大きくなり、このオーバーシュートが収まらないとメニスカスが安定した状態で吐出をすることができない。したがって、インクジェットヘッドにおいて高速化するには、メニスカスの盛り上りを早く収束させ、安定的な吐出特性を確保することが求められる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８－９４０３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、安定的な吐出特性を確保することができる液体吐出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】

【0006】

一実施形態に係る液体吐出ヘッドは、アクチュエータ部と、ノズルプレートと、絞り部と、を備える。アクチュエータ部は、複数の圧力室を構成する溝と、前記圧力室を構成する前記溝の間に形成される複数の側壁と、を有する。ノズルプレートは前記複数の圧力室の一方側に対向配置される。絞り部は、前記アクチュエータの、前記圧力室の前記共通室に連通する連通口の一部を塞ぎ、前記圧力室の深さ方向において前記一方側が縮幅する絞り口を形成する絞り壁を有する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態に係るインクジェットヘッドを示す斜視図。

【図2】実施形態に係るインクジェットヘッドの一部の構成を示す分解斜視図。

【図3】同インクジェットヘッドの一部の構成を拡大して示す斜視図。

【図4】同インクジェットヘッドの一部の構成を拡大して示す断面図。

【図5】同インクジェットヘッドの一部の構成を拡大して示す断面図。

【図6】同インクジェットヘッドの製造方法を示す説明図。

【図7】実施形態に係るインクジェットプリンタを示す模式図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下に、第１実施形態に係る液体吐出ヘッドであるインクジェットヘッド１０の構成について、図１乃至図６を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係るインクジェットヘッドを示す斜視図であり、図２はインクジェットヘッドの一部の分解斜視図である。図３はインクジェットヘッドの一部の構成を拡大して示す斜視図であり、図４及び図５はインクジェットヘッドの一部の構成を拡大して示す断面図である。図６はインクジェットヘッドの製造方法を示す説明図であり、図７は液体吐出装置であるインクジェットプリンタを示す模式図である。図中Ｘ、Ｙ、Ｚは互いに直交する第１方向、第２方向、及び３方向をそれぞれ示す。なお、本実施形態において、インクジェットヘッド１０のノズル２８や圧力室３１の並列方向がＸ軸に、圧力室３１の延出方向がＹ軸に、液体の吐出方向がＺ軸に、それぞれ沿う姿勢を基準として方向の説明を記載するが、これに限られるものではない。

【0009】

図１乃至図５に示すインクジェットヘッド１０は、インクを吐出するための装置であり、例えばインクジェットプリンタの内部に搭載される。インクジェットヘッド１０は、シェアモードシェアウォール方式インクジェットヘッドである。例えばインクジェットヘッド１０は圧力室３１と空気室３２が交互に配される独立駆動式のインクジェットヘッドである。空気室３２は、インクが供給されない空気室であり、ノズル２８を備えない。本実施形態においてインクジェットヘッド１０は、いわゆるサイドシュータ型のインクジェットヘッドである。

【0010】

インクジェットヘッド１０は、アクチュエータベース１１と、ノズルプレート１２と、フレーム１３と、を備えている。アクチュエータベース１１は、基材の一例である。インクジェットヘッド１０の内部に、液体の一例としてのインクが供給されるインク室２７が形成される。

【0011】

さらに、インクジェットヘッド１０は、インクジェットヘッド１０を制御する回路基板１７や、インクジェットヘッド１０とインクタンクとの間の経路の一部を形成するマニホールド１８などの部品を備える。

【0012】

図２乃至図５に示すように、アクチュエータベース１１は、基板２１と、一対のアクチュエータ部２２と、を備える。

【0013】

基板２１は、例えばアルミナなどのセラミックスによって矩形の板状に形成される。基板２１は平坦な実装面を有する。基板の実装面に一対のアクチュエータ部２２が接合されている。基板２１には複数の供給孔２５と排出孔２６とが形成されている。

【0014】

図２及び図３に示すように、アクチュエータベース１１の基板２１には、パターン配線２１１が形成される。パターン配線２１１は、例えばニッケル薄膜によって形成される。パターン配線２１１は、共通パターンや個別パターンを有し、アクチュエータ部２２に形成された電極層３４に接続される所定のパターン形状に構成される。

【0015】

供給孔２５は、基板２１の中央部であって一対のアクチュエータ部２２の間において、アクチュエータ部２２の長手方向に並んで設けられている。供給孔２５は、マニホールド１８のインク供給部に連通する。供給孔２５は、インク供給部を介してインクタンクに接続される。供給孔２５はインクタンクのインクをインク室２７に供給する。なお、供給孔２５は図２に示すような複数の円形の孔に限らず、アクチュエータ部２２に沿ってＸ方向に長い１つの長孔としてもよい。

【0016】

排出孔２６は、供給孔２５及び一対のアクチュエータ部２２を挟んで、二列に並んで設けられている。排出孔２６は、マニホールド１８のインク排出部に連通する。排出孔２６は、インク排出部を介してインクタンクに接続される。排出孔２６はインク室２７のインクをインクタンクに排出する。

【0017】

一対のアクチュエータ部２２は、基板２１の実装面に接着される。一対のアクチュエータ部２２は供給孔２５を挟んで二列に並んで基板２１に設けられている。各アクチュエータ部２２は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）によって形成された板状の二つの圧電体によってそれぞれ形成される。前記二つの圧電体は、分極方向がその厚さ方向に互いに逆向きになるように貼り合わされる。アクチュエータ部２２は、例えば熱硬化性を有するエポキシ系接着剤によって基板２１の実装面に接着される。図２に示すように、アクチュエータ部２２は、二列に並ぶノズル２８に対応して、インク室２７内において平行に並んで配置される。アクチュエータ部２２は、インク室２７を、供給孔２５が開口する第１共通室２７１と、排出孔２６が開口する二つの第２共通室２７２とに区切る。

【0018】

アクチュエータ部２２は、短手方向の幅が頂面部２２２側から基板側に向かって漸次大きくなる。アクチュエータ部２２の長手方向に直交する方向（短手方向）に沿う断面形状は台形状に形成される。アクチュエータ部２２の側面部２２１は、第２方向及び第３方向に対して傾斜する傾斜面を有する。アクチュエータ部２２の頂面部２２２は、ノズルプレート１２に接着剤層２９を介して接着される。

【0019】

アクチュエータ部２２は、複数の圧力室３１と、複数の空気室３２と、各圧力室３１の出入口にそれぞれ設けられる絞り部２４０と、を備える。アクチュエータ部２２は、複数の素子壁３３（側壁部）を有し、素子壁３３の間に、圧力室３１及び空気室３２を構成する溝１４を有する。言い換えると、素子壁３３は、圧力室３１及び空気室３２を形成する溝１４の間に駆動素子として形成される。

【0020】

図１乃至図５に示すように、溝１４の底面部と基板２１の主面とは傾斜する側面部２２１によって繋がる。複数の圧力室３１と複数の空気室３２は、交互に配置される。圧力室３１および空気室３２は、アクチュエータ部２２の長手方向と交差する方向にそれぞれ延び、アクチュエータ部２２の長手方向（Ｘ方向）において複数並列配置される。すなわち、複数の圧力室３１及び空気室３２の並び方向はＸ方向に沿う。本実施形態において例えば溝１４は、Ｘ方向の幅寸法が、Ｚ方向に沿う深さ方向において一定に構成され、延出方向であるＹ方向に直交する断面が矩形状に構成される。

【0021】

なお、圧力室３１の形状と空気室３２の形状とが異なっていても良い。素子壁３３は、圧力室３１と空気室３２の間に形成され、駆動信号に応じて変形することで、圧力室３１の容積を変化させる。

【0022】

アクチュエータベース１１の圧力室３１及び空気室３２の内壁面にはそれぞれ電極層３４が設けられている。電極層３４は、例えばニッケル薄膜等の導電膜によって形成される。電極層３４は溝１４の内面部から基板２１上に至り、パターン配線２１１に接続される。例えば電極層３４は、少なくとも素子壁３３の側面部、すなわち圧力室３１を構成する溝１４の側壁面に、形成されている。電極層３４は例えば圧力室３１の側面部及び底面部に形成されていてもよい。

【0023】

複数の圧力室３１は、素子壁３３の頂部に接合されるノズルプレート１２の複数のノズル２８に連通する。つまり、ノズルプレート１２は、複数の圧力室３１の第３方向における一方側に対向配置される。圧力室３１の第２方向の両端はインク室２７に連通する。すなわち、一方の端部はインク室２７の第１共通室２７１に開口し、他方の端部は、インク室２７の第２共通室２７２に開口する。このため、圧力室３１の一方の端部からインクが流入し、他方の端部からインクが流出する。圧力室３１におけるインク室２７との連通口には、圧力室３１内部よりも流路抵抗が大きく構成された開口である絞り口２４２を有する絞り部２４０が形成される。一例として本実施形態においては圧力室３１の延出方向の両端の連通口に、それぞれ絞り部２４０が形成される。

【0024】

図４及び図５に示すように、絞り部２４０は、圧力室３１のインク室２７に連通する開口部のＸ方向の幅を狭める形状に構成される。一例として、絞り部２４０は、感光性樹脂で構成される絞り壁としての一対の突起部２４１を有し、これら一対の突起部２４１の間に、ノズルプレート１２側が縮幅するテーパ状のスリットである絞り口２４２を形成する。つまり、一対の突起部２４１は、圧力室３１の深さ方向において、ノズルプレート側が縮幅する絞り口２４２を形成する。

【0025】

突起部２４１は、圧力室３１の第２方向の端部において、素子壁３３から溝１４内に突出し、連通口の一部を塞ぐ。本実施形態において、Ｘ方向において圧力室３１の両側部を構成する一対の素子壁３３、すなわちＸ方向両側の素子壁３３に、それぞれ感光性樹脂により構成される突起部２４１が形成される。

【0026】

例えば突起部２４１は圧力室３１の溝１４の深さ方向である第３方向において全長に渡って形成されていてもよいし、第３方向における一部に形成されていてもよい。また、突起部２４１は、例えば溝１４の側面に加え溝１４の底面に感光性樹脂が形成されていてもよい。すなわち、両側の突起部２４１が溝１４の底部において連続する構成であってもよい。

【0027】

突起部２４１は、圧力室３１の出入口における流路抵抗を増加させるとともに、ノズルプレート１２側の端部からの接着剤２９１の侵入を抑制する、壁部材である。例えば、圧力室３１の各連通口の両側部にそれぞれ設けられる突起部２４１は、それぞれ第３方向に直交する断面が長方形である。一対の突起部２４１はそれぞれ深さ方向において頂部側が底部側よりも突出量が大きいテーパ状に構成される。すなわち一対の突起部２４１の対向面は、頂部側が互いに近接するように傾斜し、対向面同士の間隔は底部側が漸次的に拡幅する。突起部２４１の頂部側とは、ノズルプレート１２との接着側である。突起部２４１の底部側とは、ノズルプレート１２との接着側から離れた位置である。

【0028】

圧力室３１を構成する溝１４は突起部２４１よって完全には覆われず、両側の一対の突起部２４１の間に、圧力室３１と第１共通室２７１及び第２共通室２７２とを連通する絞り口２４２が形成される。絞り口２４２は圧力室３１の深さ方向となる第３方向に延びるスリット形状であり、その第１方向の開口幅が、圧力室３１内部の第１方向の幅よりも小さく構成されていることにより、圧力室３１の流路断面積より小さく構成されている。
また、絞り口２４２は、ノズルプレート１２側の開口端２４２１の開口幅が、未硬化の接着剤２９１を表面張力により開口端２４２１に保持可能な幅に構成される。

【0029】

例えば絞り部２４０は、圧力室３１及び空気室３２の内壁に感光性樹脂膜２４４を形成した後、露光処理により、突起部２４１を構成する部位を硬化させることにより、形成される。すなわち、突起部２４１によって第２方向両端の連通口が一部塞がれて流路抵抗が増加する絞り部２４０が形成される。

【0030】

なお、絞り部２４０の流路抵抗は、大きくしすぎると、インク滴吐出後の圧力室３１へのインクの補給が遅くなり、高速化を阻害することになる。また、メニスカスの盛り上りは、インク粘度、吐出体積、駆動周波数などにより異なる。したがって、突起部２４１の形状や絞り口２４２の寸法や位置は、インク補給条件やメニスカスの盛り上がりの特性に応じた流路抵抗となるようそれぞれ設定される。また、突起部２４１及び絞り口２４２の寸法は、絞り口２４２のノズルプレート１２側の開口端２４２１の開口幅を狭めて接着剤２９１の流入を抑制できる構成であればよく、例えば接着剤２９１の粘度等の条件によって、設定される。なお、両側の絞り部２４０は異なる構成であってもよい。

【0031】

空気室３２は第３方向における一方側が頂部に接合されるノズルプレート１２によって塞がれる。また複数の空気室３２は例えば第２方向の両端が感光性樹脂材で構成されるカバー部２３により塞がれる。すなわち、インク室２７の第１共通室２７１と空気室３２の第２方向における一端側との間、及び第２共通室２７２と空気室３２の第２方向における他端側と第２共通室２７２との間にそれぞれカバー部２３が配され、空気室３２の両端はインク室２７と隔てられている。このため、空気室３２はインクが流入しない空気室を構成する。

【0032】

例えばカバー部２３は、突起部２４１の形成時と同工程または異なる工程において、空気室３２の両端部に感光性樹脂を塗布した後、対象部位を硬化させて形成される。

【0033】

ノズルプレート１２は、例えばポリイミド製の矩形のフィルムによって形成される。ノズルプレート１２は、アクチュエータベース１１の実装面に対向する。ノズルプレート１２には、ノズルプレート１２を厚さ方向に貫通する、複数のノズル２８が形成される。

【0034】

複数のノズル２８は、圧力室３１と同数設けられ、圧力室３１にそれぞれ対向して配置される。ノズル２８は、第１方向に沿って複数並び、一対のアクチュエータ部２２に対応して２列に配列される。各ノズル２８はそれぞれ軸が第３方向に延びる筒状に構成される。例えばノズル２８は径が一定であっても、中央部または先端部にかけて縮径する形状であってもよい。ノズル２８は、一対のアクチュエータ部２２に形成される圧力室３１の延出方向の中途部に対向配置され、圧力室３１にそれぞれ連通する。ノズル２８は、各圧力室３１の、両端部の間に対応する位置であって、例えば長手方向中央部に、１つずつ、配置される。

【0035】

フレーム１３は、例えばニッケル合金によって矩形の枠状に形成される。フレーム１３は、アクチュエータベース１１の実装面とノズルプレート１２との間に介在する。フレーム１３は、アクチュエータベース１１の実装面とノズルプレート１２とにそれぞれ接着される。すなわち、ノズルプレート１２は、フレーム１３を介してアクチュエータベース１１に取り付けられている。

【0036】

マニホールド１８は、アクチュエータベース１１のノズルプレート１２とは反対側に接合される。マニホールド１８の内部に、供給孔２５に連通する流路であるインク供給部や排出孔２６に連通する流路であるインク排出部が形成される。

【0037】

回路基板１７は、フィルムキャリアパッケージ（ＦＣＰ）である。回路基板１７は、複数の配線が形成されるとともに、柔軟性を有する樹脂製のフィルム５１と、フィルム５１の複数の配線に接続された駆動ＩＣ５２と、を有する。駆動ＩＣ５２はフィルム５１の配線やパターン配線２１１を介して電極層３４に電気的に接続される。

【0038】

以上のように構成されたインクジェットヘッド１０の内部において、アクチュエータベース１１と、ノズルプレート１２と、フレーム１３とに囲まれるインク室２７が形成される。すなわち、インク室２７は、アクチュエータベース１１とノズルプレート１２との間に形成される。例えばインク室２７は、２つのアクチュエータ部２２によって第２方向において３つの区間に仕切られ、排出孔２６が開口する共通室としての二つの第２共通室２７２と、供給孔２５が開口する共通室としての第１共通室２７１と、を有する。第１共通室２７１及び第２共通室２７２は、複数の圧力室３１に連通している。

【0039】

以上のように構成されたインクジェットヘッド１０において、供給孔、圧力室、及び排出孔を通って、インクはインクタンクとインク室２７との間で循環する。例えばインクジェットプリンタの制御部から入力された信号によって駆動ＩＣ５２がフィルム５１の配線を介して圧力室３１の電極層３４に駆動電圧を印加することにより、圧力室３１の電極層３４と、空気室３２の電極層３４との間に電位差を生じさせることで、素子壁３３を選択的にシェアモード変形させる。圧力室３１と空気室３２の間に形成された素子壁３３を駆動信号に応じて変形することで、圧力室３１の容積を変化させる。

【0040】

素子壁３３がシェアモード変形することにより、当該電極層３４が設けられた圧力室３１の容積が増加し、圧力が減少する。これにより、当該圧力室３１にインク室２７のインクが流入する。

【0041】

圧力室３１の容積が増加した状態で、駆動ＩＣ５２が圧力室３１の電極層３４に逆電位の駆動電圧を印加する。これにより、素子壁３３がシェアモード変形して当該電極層３４が設けられた圧力室３１の容積が減少し、圧力が増加する。これにより、圧力室３１の中のインクが加圧され、ノズル２８から吐出される。

【0042】

インクジェットヘッド１０の製造方法として、まず、板状の基板２１に複数の溝１４を形成する圧電部材を接着剤等で貼り付け、ダイシングソーやスライサー等を使用した機械加工を施して所定形状の外形を有するアクチュエータベース１１を成形する。なお、例えば予め複数枚分の厚さのブロック状のベース部材を形成してから分割し、所定形状のアクチュエータベース１１を複数枚製造してもよい。

【0043】

続いて、圧力室３１や空気室３２を構成する溝１４の内面や基板２１の表面に電極層３４やパターン配線２１１を形成する。以上により、アクチュエータベース１１の表面に、電極層３４、及びパターン配線２１１が所定箇所にそれぞれ形成される。

【0044】

続いて、圧力室３１の端部に圧力室３１の内部よりも流路抵抗の大きい連通口である絞り部２４０を形成する。例えば絞り部２４０の形成方法は、圧力室３１を構成する溝１４内に感光性樹脂の感光性樹脂膜２４４を成膜する成膜処理と、露光及び現像により感光性樹脂膜２４４を成形する成形処理と、を有する。

【0045】

成膜処理として、まず図６のＡｃｔ１１に示すように、圧力室３１の内壁に、感光性樹脂を塗布して感光性樹脂膜２４４を成膜する。このとき、感光性樹脂の塗布量を制御することで、露光面の感光性樹脂形状を凹形状とする。各溝１４内の感光性樹脂膜２４４の頂部側の表面２４４０は、中央が底部側に凹む凹面状に形成される。

【0046】

続いて、成形処理として、露光及び現像により圧力室３１の両端部の感光性樹脂膜２４４を成形する。例えば、本実施形態においては、一例として、凹面状の表面２４４０への露光処理によりテーパ状の硬化領域２４４１を硬化させた後、未硬化領域２４４２を除去する現像処理を行うことで、テーパ状の突起部２４１及び絞り口２４２が形成される。なお、成形処理において、必要なタイミングでベーク処理を行ってもよい。

【0047】

例えば、露光処理として、Ａｃｔ１１に示すように、素子壁３３の頂部側に露光マスク２４５を配し、頂部側から露光マスク２４５を介して露光を行うことで、溝１４の底部に至る深さまで露光する。例えば露光マスク２４５は絞り口２４２の頂部側の寸法に対応する非露光部２４５１を有するパターン形状である。一例として、圧力室３１の深さ方向に露光方向を設定することで、両側の突起部２４１を同時に露光して成形できる。このとき、感光性樹脂膜２４４の露光光が入射する頂部側の表面２４４０は、凹面状に構成されているため、露光光である紫外線光が頂部側からＺ方向に平行に入射すると、光が分散する方向へ進むため、底部に向けてテーパ状に拡幅する未硬化領域が形成される。すなわち、入射する表面２４４０が凹面状であるため、硬化領域２４４１と未硬化領域２４４２との境界面は、底部側が拡大するように傾斜する形状となる。

【0048】

その後、現像液で不要な未露光樹脂を洗い流すことで、Ａｃｔ１３に示すように、圧力室３１の出入口に、感光性樹脂膜２４４によるテーパ状の突起部２４１が形成されるとともに、両側の突起部２４１の間に頂部が狭く底部ほど広くなる絞り口２４２が形成され、絞り部２４０が形成される。

【0049】

なお、絞り部２４０の成膜処理及び露光及び現像による成形処理において、同時に、空気室３２の両端の感光性樹脂を塗布する成膜処理及び露光及び現像による成形処理を行うことで、空気室３２を塞ぐカバー部２３を絞り部２４０と同時に形成してもよい。あるいはカバー部２３は、絞り部２４０を形成する前や絞り部２４０が形成された後に別工程で形成してもよい。

【0050】

そして、アクチュエータベース１１をマニホールド１８に組み付け、アクチュエータベース１１の基板２１の一方の面に、熱可塑性樹脂の接着シートにより、フレーム１３を貼付ける。

【0051】

そして、組立てられたフレーム１３、アクチュエータ部２２の素子壁３３の頂部、及び突起部２４１のノズルプレート１２側の面が同一面となるよう研磨する。そして、素子壁３３の頂部、フレーム１３、突起部２４１の研磨面にノズルプレート１２を接着して取り付ける。例えば、ノズルプレート１２の圧力室３１に対向する面に接着剤２９１を塗布して接着剤層２９を形成し、ノズル２８が対向するように位置決めを行い、貼付けた後、接着剤２９１を硬化させて接合する。このとき、ノズルプレート１２側の絞り口２４２は幅が狭く構成されていることから、硬化前の接着剤２９１が絞り口２４２から内部に侵入することを抑制できる。以上により、アクチュエータ部２２にノズルプレート１２が接合され、素子壁３３と、ノズルプレート１２との間には接着剤層２９が設けられる。さらに、図１に示すように基板２１の主面に形成されたパターン配線２１１に、フレキシブルプリント基板を介して駆動ＩＣ５２や回路基板１７を接続することで、インクジェットヘッド１０が完成する。

【0052】

以下に、インクジェットヘッド１０を備えるインクジェットプリンタ１００の一例について、図７を参照して説明する。インクジェットプリンタ１００は、筐体１１１と、媒体供給部１１２と、画像形成部１１３と、媒体排出部１１４と、搬送装置１１５と、制御部１１６と、を備える。

【0053】

インクジェットプリンタ１００は、媒体供給部１１２から画像形成部１１３を通って媒体排出部１１４に至る所定の搬送路Ａに沿って、吐出対象物である記録媒体として例えば用紙Ｐを搬送しながらインク等の液体を吐出することで、用紙Ｐに画像形成処理を行う液体吐出装置である。

【0054】

筐体１１１は、インクジェットプリンタ１００の外郭を構成する。筐体１１１の所定箇所に、用紙Ｐを外部に排出する排出口を備える。

【0055】

媒体供給部１１２は複数の給紙カセットを備え、各種サイズの用紙Ｐを複数枚積層して保持可能に構成される。

【0056】

媒体排出部１１４は、排出口から排出される用紙Ｐを保持可能に構成された排紙トレイを備える。

【0057】

画像形成部１１３は、用紙Ｐを支持する支持部１１７と、支持部１１７の上方に対向配置された複数のヘッドユニット１３０と、を備える。

【0058】

支持部１１７は、画像形成を行う所定領域にループ状に備えられる搬送ベルト１１８と、搬送ベルト１１８を裏側から支持する支持プレート１１９と、搬送ベルト１１８の裏側に備えられた複数のベルトローラ１２０と、を備える。

【0059】

支持部１１７は、画像形成の際に、搬送ベルト１１８の上面である保持面に用紙Ｐを支持するとともに、ベルトローラ１２０の回転によって所定のタイミングで搬送ベルト１１８を送ることにより、用紙Ｐを下流側へ搬送する。

【0060】

ヘッドユニット１３０は、複数（４色）のインクジェットヘッド１０と、各インクジェットヘッド１０上にそれぞれ搭載された液体タンクとしてのインクタンク１３２と、インクジェットヘッド１０とインクタンク１３２とを接続する接続流路１３３と、循環部である循環ポンプ１３４と、を備える。ヘッドユニット１３０は、インクタンク１３２と、インクジェットヘッド１０の内部に作りこまれた圧力室３１、空気室３２、及びインク室２７において液体を常時循環させる循環型のヘッドユニットである。

【0061】

本実施形態において、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの４色のインクジェットヘッド１０と、これらの各色のインクをそれぞれ収容するインクタンク１３２を備える。インクタンク１３２は接続流路１３３によってインクジェットヘッド１０に接続される。接続流路１３３は、インクジェットヘッド１０の供給口に接続される供給流路と、インクジェットヘッド１０の排出口に接続される回収流路と、を備える。

【0062】

また、インクタンク１３２には、図示しないポンプなどの負圧制御装置が連結される。そして、インクジェットヘッド１０とインクタンク１３２との水頭値に対応して、負圧制御装置はインクタンク１３２内を負圧制御することで、インクジェットヘッド１０の各ノズル２８に供給されたインクを所定形状のメニスカスを形成する。

【0063】

循環ポンプ１３４は、例えば圧電ポンプで構成される送液ポンプである。循環ポンプ１３４は、供給流路に設けられている。循環ポンプ１３４は、配線により制御部１１６の駆動回路に接続され、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）による制御によって制御可能に構成される。循環ポンプ１３４は、インクジェットヘッド１０とインクタンク１３２を含む循環流路で液体を循環させる。

【0064】

搬送装置１１５は、媒体供給部１１２から画像形成部１１３を通って媒体排出部１１４に至る搬送路Ａに沿って、用紙Ｐを搬送する。搬送装置１１５は、搬送路Ａに沿って配置される複数のガイドプレート対１２１と、複数の搬送用ローラ１２２と、を備えている。

【0065】

複数のガイドプレート対１２１は、それぞれ、搬送される用紙Ｐを挟んで対向配置される一対のプレート部材を備え、用紙Ｐを搬送路Ａに沿って案内する。

【0066】

搬送用ローラ１２２は、制御部１１６の制御によって駆動されて回転することで、用紙Ｐを搬送路Ａに沿って下流側に送る。なお、搬送路Ａには用紙の搬送状況を検出するセンサが各所に配置される。

【0067】

制御部１１６は、コントローラであるＣＰＵ等の制御回路と、各種のプログラムなどを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、各種の可変データや画像データなどを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、外部からのデータの入力及び外部へのデータの出力をするインターフェイス部と、を備える。

【0068】

以上のように構成されたインクジェットプリンタ１００において、制御部１１６は、例えばインターフィースにおいてユーザが操作入力部の操作による印刷指示を検出すると、搬送装置１１５を駆動して用紙Ｐを搬送するとともに、所定のタイミングでヘッドユニット１３０に対して印字信号を出力することで、インクジェットヘッド１０を駆動する。インクジェットヘッド１０は吐出動作として、画像データに応じた画像信号により、駆動ＩＣ５２に駆動信号を送り、配線を介して圧力室３１の電極層３４に駆動電圧を印加してアクチュエータ部２２の素子壁３３を選択的に駆動してノズル２８からインクを吐出し、搬送ベルト１１８上に保持された用紙Ｐに画像を形成する。また、液体吐出動作として、制御部１１６は、循環ポンプ１３４を駆動することで、インクタンク１３２とインクジェットヘッド１０とを通る循環流路で液体を循環させる。循環動作により、インクタンク１３２内のインクは、循環ポンプ１３４が駆動されることにより、インクタンク１３２のインクが、マニホールド１８のインク供給部を通って、供給孔２５からインク室２７の第１共通室２７１に供給される。このインクは、一対のアクチュエータ部２２の複数の圧力室３１と、複数の空気室３２とに供給される。インクは、圧力室３１を通ってインク室２７の第２共通室２７２に流入する。このインクは、排出孔２６から、マニホールド１８のインク排出部を通ってインクタンク１３２に排出される。

【0069】

上述した実施形態によれば圧力室３１の出入口に絞りが形成されていることで、吐出安定性が向上できる。また、絞り部２４０は、圧力室３１の共通室である第１共通室２７１や第２共通室２７２に開口する開口部が、圧力室３１の流路断面積より小さい。このため、インクジェットヘッド１０において液体吐出を行った際のメニスカスの盛り上がりが小さくなる。したがって、メニスカスの復帰が早くなり次弾への影響が軽減でき、吐出安定性が向上できる。

【0070】

また、インクジェットヘッド１０において、感光性樹脂を用いて絞り部２４０のスリット状の絞り口２４２の上部を狭める構造とすることで接着剤２９１の流れ込みを抑制し、生産性を向上させることができる。すなわち、例えばノズルプレート１２をアクチュエータ部２２に接合する際には、絞り部２４０が余剰の接着剤２９１の流れ込みによって埋まり、印字不良となると生産性が低下する可能性があるが、絞り口２４２のノズルプレート１２側の開口端２４２１の開口幅を十分に狭くすることで、接着剤２９１の流れ込みを抑制できるため、印字不良を抑止できる。

【0071】

また、上記実施形態によれば、アクチュエータ部２２の溝１４に感光性樹脂膜２４４を成膜し、露光処理によってパターニングすることで、絞り部２４０を形成することができ、工程が少なく、安価かつ容易に絞り部２４０を形成できる。さらに、露光及び現像により突起部２４１の厚みや形状を比較的自由に選択できるので、絞りの流路抵抗を自由に設計することも容易である。また、感光性樹脂膜２４４の表面を凹面状とすることで、容易にテーパ状の絞り口２４２を形成することができる。上記実施形態において、アクチュエータ部２２の側面部２２１が傾斜面を構成することにより、露光方向の制約が少なく、露光及び現像処理が容易となる。

【0072】

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

【0073】

上記実施形態において、流路抵抗を増加する絞り部２４０は、圧力室３１の両側の素子壁３３の壁面に形成された一対の突起部２４１を有する構成としたが、絞り部２４０の形状はこれに限られるものではない。例えば圧力室３１のノズルプレート１２側の一部に形成される突起であってもよい。例えば絞り口２４２は圧力室の深さ方向となる第３方向に延びるスリット形状としたが、他の方向に延びていてもよく、あるいは円形や長円形を含む他の形状であってもよい。

【0074】

例えば絞り口２４２は、底部側が漸次的に拡大するテーパ状を成す例に限られない。一例として、深さ方向において両側、すなわち開口端２４２１とは反対側の底部側の開口幅が、中央部よりも小さく構成されていてもよい。あるいは、ノズルプレート１２側の一部領域の開口端２４２１が縮幅し、その他底部側の領域は開口端２４２１よりも大きい一定の開口幅を有する構成であってもよい。

【0075】

また、両側の絞り部２４０はそれぞれ異なる構成であってもよい。例えば、両側が共通室２７１、２７２に連通する圧力室３１の少なくとも一方の連通口に、突起部２４１により絞り部２４０が形成されていることにより、吐出性能を改善し、安価かつ容易に絞り部２４０を形成できるという効果が得られる。

【0076】

また、カバー部２３及び突起部２４１は圧力室３１や空気室３２を形成する溝１４の内側に形成され溝１４の一部を埋める形状としたが、これに限られるものではない。例えばアクチュエータの側面において、圧力室３１や空気室３２を形成する溝１４の外側に、空気室３２を塞ぐカバー部２３や圧力室３１の連通口を一部塞ぐ例えば突起部２４１を形成し、絞り部２４０を溝１４及び素子壁３３の外側に形成してもよい。

【0077】

上記実施形態においては、基板２１の主面部分に複数の溝１４を備えるアクチュエータ部２２を配した例を示したが、これに限られるものではない。たとえば基板２１の端面に、アクチュエータを備える構成であってもよい。また、ノズル列の数も上記実施形態に限られるものではなく、１列、あるいは３列以上備える構成としてもよい。

【0078】

また、上記実施形態においては、基板２１に圧電部材からなる積層圧電体を備えたアクチュエータベース１１を例示したが、これに限るものではない。例えば基板を用いずに圧電部材のみでアクチュエータベース１１を形成しても良い。また、２枚の圧電部材を用いずに、１枚の圧電部材としてもよい。また空気室３２は共通室である第１共通室２７１や第２共通室２７２に連通していてもよい。また供給側と排出側が逆であってもよく、あるいは切り替え可能に構成されていてもよい。

【0079】

また、上記実施形態においては、一例として、圧力室３１の第２方向における一方側が供給側であり、第２方向における他方側が排出側であり、第１共通室流体が圧力室の一方側から流入して他方側から流出する循環型のインクジェットヘッドを例示したがこれに限られるものではない。例えば非循環型としてもよい。また、例えば圧力室３１の両側の共通室が供給側であって、両側から流入する構成であってもよい。すなわち、圧力室３１の両側から流体が流入し、圧力室３１の中央に配置されるノズル２８から流出する構成であってもよい。この場合にあっても、圧力室３１の両側の入口となる連通口に絞り部２４０を設けることによって、流路抵抗が増加し、吐出効率が改善できる。また、両端にそれぞれ形成される絞り部２４０の構成が異なっていてもよい。

【0080】

また、上記実施形態において絞り部２４０を圧力室３１の延出方向の両端にそれぞれ形成される例を示したが、これに限られるものではなく、圧力室３１が両端の共通室２７１、２７２と連通する両側の出入口のうち、一方側のみに絞り部２４０が形成されていてもよい。例えば一方側の端部には圧力室３１内部よりも流路抵抗が増加する絞り部２４０が形成され、他方側の端部は圧力室３１内部と同じ流路抵抗、例えば圧力室３１の内部の断面積と同じ連通口の断面積を有する構成であってもよい。

【0081】

上記実施形態においては、圧力室３１の両側がインク室に連通するサイドシュータ型を例示したが、これに限られるものではない。例えば、圧力室３１の一方側のみがインク室２７に連通するエンドシュータ型であってもよい。

【0082】

また上記実施形態においては、両側部にそれぞれ突起部２４１が形成される例を示したが、これに限られるものではない。例えば突起部２４１が一方側の素子壁３３にのみ形成されていてもよい。

【0083】

上記実施形態において、凹面状の表面を有する感光性樹脂膜２４４を成膜することで露光の光の方向拡散方向に設定する例を示したがこれに限られるものではない。例えば露光の方向を溝１４の深さ方向に対して斜めに設定するなどにより、露光深さや硬化領域を設定してもよい。

【0084】

また、例えば、吐出する液体は印字用のインクに限られるものではなく、例えばプリント配線基板の配線パターンを形成するための導電性粒子を含む液体を吐出する装置等であってもよい。

【0085】

また、上記実施形態において、インクジェットヘッドは、インクジェットプリンタ等の液体吐出装置に用いられる例を示したが、これに限られるものではなく、例えば３Ｄプリンタ、産業用の製造機械、医療用途にも用いることが可能であり、小型軽量化及び低コスト化が可能である。

【0086】

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、安定的な吐出特性を確保することができる液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法を提供できる。

【0087】

この他、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0088】

１０…インクジェットヘッド、１１…アクチュエータベース、１２…ノズルプレート、１３…フレーム、１７…回路基板、１８…マニホールド、２１…基板、２２…アクチュエータ部、２３……カバー部、２５…供給孔、２６…排出孔、２７…インク室、２９…接着剤層、３１…圧力室、３２…空気室、３３…素子壁（壁部）、３４…電極層、５１…フィルム、５２…駆動ＩＣ、１００…インクジェットプリンタ、１１１…筐体、１１２…媒体供給部、１１３…画像形成部、１１４…媒体排出部、１１５…搬送装置、１１６…制御部、１１７…支持部、１１８…搬送ベルト、１１９…支持プレート、１２０…ベルトローラ、１２１…ガイドプレート対、１２２…搬送用ローラ、１３０…ヘッドユニット、１３２…インクタンク、１３３…接続流路、１３４…循環ポンプ、２１１…パターン配線、２４０…絞り部、２４１…突起部、２４２…絞り口、２７１…第１共通室、２７…インク室、２７２…第２共通室、２９１…接着剤。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】