JP5437773B2 - 液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び液体噴射ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ノズルから液体を吐出して被記録媒体に画像や文字、あるいは薄膜材料を形成する液体噴射ヘッド、これを用いた液体噴射装置、及び液体噴射ヘッドの製造方法に関する。

近年、記録紙等にインク滴を吐出して文字、図形を描画して記録する、或いは素子基板の表面に液体材料を吐出して機能性薄膜を形成するインクジェット方式の液体噴射ヘッド、このヘッドを使用した液体噴射装置が利用されている。この方式は、インクや液体材料を液体タンクから供給管を介して液体噴射ヘッドに供給し、液体噴射ヘッドのノズルからインクを吐出して文字や図形を記録する、或いは液体材料を吐出して所定形状の機能性薄膜を形成する。

図９は、特許文献１に記載されたこの種のインクジェットヘッド１００の模式的な断面図を示す。インクジェットヘッド１００は、カバー１２５と圧電体からなるＰＺＴシート１０３と底カバー１３７の３層構造を備えている。カバー１２５はインクの小滴を吐出するためのノズル１２７を備えている。ＰＺＴシート１０３の上面には断面形状が底側に凸の細長い溝からなるインクチャンネル１０７が形成されている。インクチャンネル１０７は長手方向に直交する方向に並列して複数形成されており、隣接するインクチャンネル１０７との間は側壁１１３により区画されている。側壁１１３の上部側壁面には電極１１５が形成されている。隣接するインクチャンネル１０７の側壁面にも電極が形成されている。従って、側壁１１３は、隣接するインクチャンネルの側壁面に形成した図示しない電極と電極１１５により挟まれている。

インクチャンネル１０７とノズル１２７とは連通している。ＰＺＴシート１０３には裏面側から供給ダクト１３２と排出ダクト１３３が形成され、インクチャンネル１０７とその両端部近傍において連通する。供給ダクト１３２からインクが供給され、排出ダクト１３３からインクが排出される。インクチャンネル１０７の左端部及び右端部のＰＺＴシート１０３の表面には凹部１２９が形成されている。凹部１２９の底面には電極が形成され、インクチャンネル１０７の側壁面に形成した電極１１５と電気的に導通する。凹部１２９には接続端子１３４が収納され、凹部１２９の底面に形成した図示しない電極と電気的に接続している。

このインクジェットヘッド１００は次のように動作する。供給ダクト１３２から供給されたインクはインクチャンネル１０７を満たし、排出ダクト１３３から排出される。つまり、インクは供給ダクト１３３、インクチャンネル１０７、及び排出ダクト１３３を通して循環して流れている。そして、右側と左側の接続端子１３４に電圧を印加するとインクチャンネル１０７の側壁が圧電厚み滑り効果により変形する。これにより、インクチャンネル１０７の容積が瞬間的に減少して内圧が増加し、ノズル１２７からインクの小滴が吐出される。

このインクジェット吐出方法は、供給ダクト１３２と排出ダクト１３３を介してインクが常に循環している。そのために、インクチャンネル１０７の内部に気泡や塵埃等の異物が混入しても、これらの異物を外部に迅速に排出することができるので、ノズルの目詰まりによりインクが吐出できない、或いは印字濃度にむらが生じてしまう、という不具合を防止することができる。

特表２０００−５１２２３３号公報

しかしながら、上記図９の従来例では、インクチャンネル１０７の両端近傍に供給ダクト１３２と排出ダクト１３３を形成する際に高度な技術が要求された。ＰＺＴシート１０３の表面に複数並列して形成するインクチャンネル１０７は、例えば、溝の幅が７０〜８０μｍ、溝の深さが３００〜４００μｍ、溝の長さが数ｍｍ〜１０ｍｍ、隣接するインクチャンネル１０７を区画する壁の厚さが７０〜８０μｍである。このインクチャンネル１０７の溝は、薄い円盤の外周部にダイヤモンド等の砥粒を埋め込んだダイシングブレードを高速回転させながらＰＺＴシート１０３の表面を研削して形成する。そのため、溝の断面は深さ方向に凸状となる。特に、溝の長手方向の両端近傍には研削用ブレードの外形形状が転写される。

図９に示すインクチャンネル１０７の形成方法として、まず、複数の溝を形成した後に供給ダクト１３２と排出ダクト１３３を形成する場合を考える。供給ダクト１３２と排出ダクト１３３は複数の溝の底部において連通させる必要がある。しかし、溝の長手方向の両端近傍では底面が平坦ではない。そのために、溝の底面に合わせて供給ダクト１３２や排出ダクト１３３を形成するのは極めて困難である。また、ＰＺＴシート１０３を背面側から研削すると、溝の最も深い部分が最初に開口し、その開口部が次第に広がる。しかし、溝の底面の一部が開口すると、その開口部近傍の側壁は底部から支えるものがなくなる。そのため、底部が開口した溝の薄い側壁１１３を破壊しないようにして供給ダクト１３２や排出ダクト１３３を研削することは極めて難しかった。また、溝を区画する側壁には電極が形成されている。ＰＺＴシート１０３を裏面側から深く研削すると、溝の側壁に形成した電極も研削してしまい、電極の抵抗が高くなって側壁を駆動する電力にばらつきが生じる、などの問題が発生した。

更に、溝の底面が平坦な領域に供給ダクト１３２や排出ダクト１３３を形成しようとすると、溝の長手方向の両端部はインクが循環されなくなる。そのため、インクの淀みが生じて、この淀みに気泡や塵埃が残留する。そのため、インクを循環することでインクチャンネル１０７内から異物を除去し、ノズル１２７の目詰まり等を防止する本方式の長所が損なわれた。

一方、ＰＺＴシート１０３の裏面側から供給ダクト１３２と排出ダクト１３３を先に形成し、次にＰＺＴシート１０３の表面側から溝を形成する方法が考えられる。この場合、供給ダクト１３２と排出ダクト１３３の研削は容易であるが、溝を形成する際に高精度の制御が要求される。ダイシングブレードは通常２インチから４インチの直径を有する。例えば直径が２インチのダイシングブレードを用いてＰＺＴシート１０３を表面から例えば３５０μｍの深さの溝を形成する場合に、溝の深さの誤差を１０μｍとすると溝の長さの誤差はその１２倍の約１２０μｍとなる。４インチのダイシングブレードを使用した場合は、深さ方向の誤差に対して長さ方向の誤差が約１６倍となる。そのため、溝の長手方向の端部に供給ダクト１３２及び排出ダクト１３３の開口端部を合致させることが極めて難しくなる。溝の長手方向の端部と供給ダクト１３２及び排出ダクト１３３の外周端部に位置ずれが生ずると、やはりインクチャンネル１０７の端部にインク流れの淀み或いは滞留が生じて、インクを循環させることによりノズル１２７の目詰まりを防止する本方式の長所を生かすことができなくなる。

また、特許文献１のインクジェットヘッド１００は、接続端子１３４をＰＺＴシート１０３の表面に形成した凹部１２９に収納し、カバー１２５の外面を平坦化している。接続端子１３４の下面に形成した電極とインクチャンネル１０７を区画する側壁の側壁面に形成した電極とは、側壁面、ＰＺＴシート１０３の表面、凹部１２９の底面を介して電気的に接続している。インクチャンネル１０７はその長手方向に直交する方向に高密度で多数形成されており、各側壁の電極は互いに電気的に分離する必要がある。従ってＰＺＴシート１０３の表面及び凹部１２９の底面でも同様に多数の電極を高密度で分離形成する必要がある。しかし、特に凹部１２９の底面は湾曲しており、この湾曲面に高精細の電極パターンを形成するには高度なパターニング技術を要した。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、高度な加工技術を要することなく液体の淀みや滞留を減少できる構造の液体噴射ヘッド、これを用いた液体噴射装置及び液体噴射ヘッドの製造方法を提供するものである。

本発明による液体噴射ヘッドは、被記録媒体に液体を噴射するノズルを有するノズルプレートと、一方面に細長い溝を有し、他方面に前記ノズルプレートを接合する圧電プレートと、前記溝に前記液体を供給する液体供給孔と前記溝から前記液体を排出する液体排出孔を有し、前記圧電プレートの一方面に設置したカバープレートとを備え、前記圧電プレートの細長い溝は、前記溝の長手方向であり且つ深さ方向の断面が深さ方向に凸状であり、前記凸状の頂部において前記ノズルと連通し、前記凸状の底部において前記液体供給孔及び前記液体排出孔と連通するようにした。

また、前記溝の前記断面は、深さ方向に凸の円弧状であることとした。

また、前記溝は、長手方向の一方又は両方の開口端部において前記液体供給孔又は前記液体排出孔と連通するようにした。

また、前記カバープレートは、前記溝から前記液体を排出する液体排出孔又は前記溝へ前記液体を供給する液体供給孔を複数備えていることとした。

また、前記ノズルプレートは、前記溝に連通するノズルを複数備えていることとした。

また、前記液体供給孔に供給する液体を保持する液体供給室と前記液体排出孔から排出した液体を保持する液体排出室を有し、前記カバープレートの前記圧電プレートとは反対側の面に設置した流路部材を備えるようにした。

また、前記溝の側壁に形成した電極に駆動電力を供給する駆動回路と、前記駆動回路を実装し、前記圧電プレートに設置したフレキシブル基板と、前記ノズルプレートが外部に露出した状態で前記圧電プレート及び前記カバープレートを収納するとともに、前記フレキシブル基板を外側面に固定する基体と、を更に備えるようにした。

本発明による液体噴射装置は、請求項１〜７項のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッドと、前記カバープレートの液体供給孔に液体を供給するとともに前記カバープレートの液体排出孔から排出した液体を貯留する液体タンクと、前記液体タンクから前記液体供給孔に前記液体を押圧して供給する押圧ポンプと、前記液体排出孔から前記液体タンクに前記液体を吸引して排出する吸引ポンプと、を備えるようにした。

また、前記液体排出孔から前記液体タンクまでの経路上に脱気機能を有する脱気手段を備えるようにした。

本発明による液体噴射ヘッドの製造方法は、圧電プレートの一方面に、深さ方向が凸状となる細長い溝を形成する溝加工工程と、液体供給孔と液体排出孔を有するカバープレートを、前記圧電プレートの一方面に貼り合わせるカバープレート貼り合せ工程と、前記圧電プレートの他方面を切削加工する切削加工工程と、液体噴射用のノズルを形成したノズルプレートを前記圧電プレートの他方面に張り合わせて、前記ノズルと前記溝とを連通させるノズルプレート貼り合わせ工程と、を含むようにした。

また、前記液体供給孔に供給する液体を保持する液体供給室と前記液体排出孔から排出した液体を保持する液体排出室を有する流路部材を、前記カバープレートの圧電プレートとは反対側に貼り合わせる流路部材貼り合わせ工程を有するようにした。

本発明の液体噴射は、被記録媒体に液体を噴射するノズルを有するノズルプレートと、一方面に細長い溝を有し、他方面に前記ノズルプレートを接合する圧電プレートと、溝に液体を供給する液体供給孔と溝から液体を排出する液体排出孔を有し、圧電プレートの一方面に設置したカバープレートとを備えている。圧電プレートの細長い溝は、当該溝の長手方向であり且つ深さ方向の断面が深さ方向に凸状であり、この凸状の頂部においてノズルと連通し、この凸状の底部において液体供給孔及び液体排出孔と連通するように構成した。これにより、溝内に供給される液体は溝の凸状の底部である間口の広い一方面の側から流入し、同じ一方面の側から流出する。そのため、溝内部領域において液体が滞留する領域が減少し、気泡や塵埃からなる液体内の異物を溝内部領域から速やかに除去することができる。その結果、ノズルの目詰まりが減少し、高信頼性の液体噴射ヘッドを提供することが可能となった。

本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの模式的な分解斜視図である。 本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの模式的な縦断面図である。 本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの模式的な縦断面図である。 本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッドの模式的な縦断面図である。 本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッドの模式的な斜視図である。 本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッドの模式的な縦断面図である。 本発明の第五実施形態に係る液体噴射装置の説明図である。 本発明の第六実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を表す工程図である。 従来公知のインクジェットヘッドの断面模式図である。

本発明に係る液体噴射ヘッドは、被記録媒体に液体を噴射するためのノズルを有するノズルプレートと、一方面に細長い溝を有し、他方面に上記ノズルプレートを接合した圧電プレートと、上記溝に噴射用液体を供給する液体供給孔と当該溝から供給された液体を排出する液体排出孔を有し、上記圧電プレートの一方面に設置したカバープレートを備えている。更に、圧電プレートの一方面に形成した細長い溝の長手方向の断面は、深さ方向に凸形状を有し、溝はその凸形状の頂部、すなわち溝の底においてノズルプレートのノズルと連通する。更に、溝はその凸形状の底部、すなわち溝を形成した一方面の開口部において液体供給孔及び液体排出孔と連通する。

この構成により、液体は溝の間口の広い一方面の側から流入し、同じ間口の広い一方面の側から流出する。そのため、溝の内部領域において液体が滞留する領域が減少し、気泡や塵埃等の異物を溝内部領域から速やかに除去することが可能となる。その結果、ノズルの目詰まりや、ノズルから吐出する液量のばらつきによる記録ミスを低減させることができる。また、仮に溝内部に気泡等が混入してもこれを速やかに除去できるので、大量に記録する産業用に利用した場合でも、連続して記録ミスが発生することによる損失を低減できる。

なお、溝の断面形状は、深さ方向に凸状の円弧形状とすることができる。溝の断面を円弧形状とすることにより、液体供給孔から液体排出孔への流れに淀みを減少させ、液体に混入した異物をより迅速に排出することができる。また、円盤状のダイシングブレードを使用して切削加工により溝を容易に作成することができる。

また、圧電プレートの一方面に形成した細長い溝がその長手方向の一方又は両方の開口端部において液体供給孔又は液体排出孔と連通するように、カバープレートを圧電プレートの一方面に設置することができる。これにより、溝の内部から液体が滞留する領域をほとんど除去することができるので、液体に混入した気泡や塵埃をより速やかに除去することが可能となる。

なお、１つの溝に１つのノズルの他に複数のノズルを連通させてもよい。また、１つの溝に１つの液体供給孔、１つの液体排出孔を連通してもよいし、１つの溝に複数の液体供給孔又は複数の液体排出孔を連通してもよい。ノズルの数を複数とすることにより、記録密度又は記録速度を向上させることができる。また、液体供給孔又は液体排出孔を複数連通することにより、液体の流速を高め、混入した異物の排出速度を高くできるので、ノズルの目詰まりが発生し難く信頼性の高い液体噴射ヘッドを提供することができる。

また、溝を形成した圧電プレートの一方面は平坦である。そのため、駆動回路と接続するための電極端子を圧電プレートの一方面に容易に形成することができる。

また、本発明に係る液体噴射ヘッドの製造方法によれば、圧電体からなる、又は圧電体が埋め込まれた圧電プレートの一方面に、深さ方向が凸状となる細長い溝を形成する溝加工工程と、他方面に液体供給孔と液体排出孔を有するカバープレートを準備し、このカバープレートの他方面を上記圧電プレートの一方面に貼り合わせるカバープレート貼り合せ工程と、上記圧電プレートの他方面を切削加工する工程切削加工工程と、液体噴射用のノズルを形成したノズルプレートを準備し、このノズルと圧電プレートの溝とが連通するように、切削加工した圧電プレートの加工面にノズルプレートを張り合わせるノズルプレート貼り合わせ工程を含んでいる。

このように製造することにより、高度な研削技術を必要としないで液体供給孔９や液体排出孔１０を溝５の両方の開口端部に一致させ、或いはほぼ一致させて連通させることができる。また、カバープレート貼り合せ工程後に圧電プレートの他方面を研削すれば、カバープレートが圧電プレートの補強材となるので、圧電プレートの研削が容易となる。以下、本発明について実施形態に基づいて詳細に説明する。

（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態である液体噴射ヘッド１の模式的な分解斜視図であり、図２（ａ）は部分ＡＡの模式的な縦断面図であり、図２（ｂ）は部分ＢＢの模式的な縦断面図である。

液体噴射ヘッド１は、ノズルプレート２、圧電プレート４、カバープレート８、及び流路部材１１が積層した構造を備えている。圧電プレート４として、例えばＰＺＴ等から成る圧電セラミックスを使用することができる。圧電プレート４は一方面７に複数の細長い溝５（５ａ、・・・５ｄ）を有している。各溝５ａ、・・・５ｄは、長手方向をｘ方向とし、これに直交するｙ方向に配列している。各溝５ａ、・・・５ｄは各側壁６ａ、６ｂ、６ｃにより仕切られている。各溝の幅は、例えば５０μｍ〜１００μｍに、各溝５ａ、・・・５ｄを仕切る各側壁６ａ、６ｂ、６ｃの幅も５０μｍ〜１００μｍとすることができる。図１に示す圧電プレート４の手前側の側面は、溝５ａの長手方向であり且つ深さ方向の断面を示している。溝５の長手方向（ｘ方向）及び深さ方向（−ｚ方向）の断面形状は、深さ方向に凸形状を有している。より具体的には、深さ方向に凸状の円弧形状を備える。

圧電プレート４の一方面７にカバープレート８を貼り合せて接合する。カバープレート８として圧電プレート４と同じ材料を使用することができる。同じ材料を使用すれば温度変化に対する熱膨張率が同じなので、周囲温度変化に対して変形したり、？がれたりし難くすることができる。カバープレート８は、その一方面から他方面にかけて貫通する液体供給孔９と液体排出孔１０を備えている。液体供給孔９は各溝５ａ、・・・５ｄの長手方向の一方の開口端と、液体排出孔１０は各溝５ａ、・・・５ｄの長手方向の他方の開口端とそれぞれ一致する、又はほぼ一致するように貼り合せている。カバープレート８は、その液体供給孔９と液体排出孔１０の中間領域において各溝５ａ、・・・５ｄの開口部を閉塞している。言い換えると、各溝５ａ、・・・５ｄは、隣接する各溝５ａ、・・・５ｄとカバープレート８の液体供給孔９及び液体排出孔１０を介して連通する。

このように、カバープレート８の液体供給孔９及び液体排出孔１０と各溝５ａ、・・・５ｄの両方の開口端部を一致させる、又はほぼ一致させているので、カバープレート８と圧電プレート４との間の液体滞留領域を縮小させることができる。そして、溝５は、深さ方向に凸形状の断面を有し、その凸状の底部である間口の広い一方面の側から液体を流入し流出するので、溝５内部でも液体は淀みなく流れる。これにより、液体内に混入した気泡や塵埃等の異物を溝５の領域から迅速に排出させることができる。

ノズルプレート２を圧電プレート４の他方面に貼り合せて接合する。ノズルプレート２としてポリイミド樹脂等の高分子材料を使用することができる。ノズルプレート２は、その圧電プレート４側の一方面からその反対側の他方面に貫通するノズル３を備えている。ノズル３と圧電プレート４の溝５とは、溝５の深さ方向の頂部において連通している。ノズル３は一方面から他方面に向けて開口断面が縮小する漏斗状の形状を有している。漏斗形状の傾斜面はノズルプレート２の法線に対して、例えば約１０度の傾斜角を有している。

流路部材１１をカバープレート８の圧電プレート４とは反対側の表面に貼り合せて接合する。流路部材１１は、カバープレート８側の他方面に凹部からなる液体供給室１２と液体排出室１３を備えている。液体供給室１２はカバープレート８の液体供給孔９に対応して連通し、液体排出室１３はカバープレート８の液体排出孔１０に対応して連通する。流路部材１１は、カバープレート８側とは反対側の一方面に液体供給室１２及び液体排出室１３に連通する開口部を備え、更に、各開口部に固定した供給用継手１４及び排出用継手１５を備えている。液体供給室１２は、液体の淀みや滞留を低減するために、液体供給用の開口部から基準方向の周辺部に向けて上面が傾斜し、空間が狭くなる。液体排出室１３も同様である。

この構成により、供給用継手１４から供給された液体は、液体供給室１２及び液体供給孔９を満たし、各溝５ａ、・・・５ｄに流入する。更に、各溝５ａ、・・・５ｄから排出された液体は、液体排出孔１０及び液体排出室１３に流入し排出用継手１５から流出する。各溝５ａ、・・・５ｄの底面は、長手方向の端部に向けて深さが浅くなる。そのため、溝５ａ、・・・５ｄ内においても液体は淀みなく流れる。

この液体噴射ヘッド１は次のように動作する。まず、圧電プレート４を分極しておく。また、図２（ｂ）に示すように、各側壁６ａ、６ｂ、６ｃの両側面に駆動電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄを形成し、各側壁６ａ、６ｂ、６ｃを夫々駆動電極１６ａ、１６ｂ、駆動電極１６ｂ、１６ｃ、駆動電極１６ｃ、１６ｄにより挟む。そして、供給用継手１４に液体を供給して各溝５ａ、５ｂ、５ｃを液体により充満し、例えば側壁６ａに形成した駆動電極１６ａ、１６ｂに電圧を与える。すると、側壁６ａは圧電効果、例えば圧電厚み滑り効果により変形し溝５ａの容積を変化させる。この容積変化により溝５ａ内に充填した液体をノズル３ａから吐出させる。他の各側壁６ｂ、６ｃも同様に独立して駆動することができる。例えば、液体としてインクを使用すれば、被記録媒体である紙に描画することができる。また、液体として液状金属材料を使用すれば、基板上に電極パターンを形成することができる。

特に、本実施形態１に示すように、溝５の開口部側に液体の供給・排出用のカバープレート８を設置し、溝の底部を深さ方向に凸状の円弧形状とすることにより、各溝５ａ、５ｂ、５ｃ内に気泡やダストによる異物が混入した場合でも、異物の滞留時間を減少させ、ノズル３の目詰まりや、混入した気泡が液体の吐出圧力を吸収するという不具合の発生する確率を低減させることができる。

なお、圧電プレート４に形成する溝５は複数本、例えば数本から数百本以上とすることができる。溝５の長手方向の縦断面はその深さ方向に向けて凸状の逆台形形状であってもよいし、溝５の長手方向の両側面が側方又は深さ方向に凸状の円弧形状であり、溝５の底辺が平坦であってもよい。また、圧電プレート４のｙ方向端部の溝５ｄは側壁６ｃに電極を形成することを目的としている。従って、溝５ｄにノズル３や液体供給孔９及び液体排出孔１０を必ずしも連通するように構成する必要はない。

また、溝５の底辺において連通するノズル３の位置は特に限定されないが、ノズル３の設置位置として、好ましくは溝５の長手方向（ｘ方向）及び幅方向（ｙ方向）の対称軸又は対称中心に設置する。側壁６の変形により液体に与えられる衝撃波は溝５の領域の対称軸又は対称中心の位置で収束しやすく、ノズル３からの吐出圧力を最も高くすることができる。

また、後に具体的に説明するが、圧電プレート４の他方面は、圧電プレート４の一方面７に溝５を形成し、カバープレート８を貼り合せて固定した後に、研削する。圧電プレート４の他方面を研削する際に、溝５の底面が開口するまで研削してもよいし、溝５の底面が開口する前に研削を止め、溝５の底面に圧電材料を薄く残してもよい。溝５の底面に圧電材料を薄く残す場合は、ノズルプレート２のノズル３に対応する貫通孔を形成する必要がある。そのために、高精度の孔開け加工が必要となるとともに工程数も増加する。また、溝５の底辺側に圧電材料が残るため、溝５の領域からノズル３の吐出口までの距離が長くなり、流路抵抗が増加して吐出速度が低下する。そのため、好ましくは溝５の底部を開口してノズルプレート２の表面が溝５の底辺となるようにする。

また、上記第一実施形態では流路部材１１を設けて供給及び排出する液体が淀みなく流れるようにしているが、流路部材１１は本発明の必須要件ではない。特に溝５の数が少ない場合や、溝５の数が多い場合でもカバープレート８に流路部材１１の機能を持たせるように構成することができる。

また、第一実施形態においては図２（ｂ）に示すように、複数のノズル３をｙ方向に平行な一列配列としているが、これに限定されない。所定数のノズル３をｙ方向に対して角度を持たせて斜めに配列してもよい。例えば、各側壁６に形成した駆動電極１６を３サイクル駆動する場合には、ノズル３を３個ずつｙ方向に対して斜めに設置する。そして、隣接するノズル３に時系列的に駆動信号を与え、被記録媒体をこの駆動信号に同期させて搬送する。これにより、隣接するノズル３を独立に駆動することができ、かつ、被記録媒体に高速で記録することができる。

（第二実施形態）
図３は、本発明の第二実施形態である液体噴射ヘッド１の模式的な縦断面図である。本第二実施形態は、ノズルプレート２が１つの溝に対応する２つのノズル３ａ、３ｂを備えている点が第一実施形態と異なり、その他の点は第一実施形態と同様である。以下、主に第一実施形態と異なる部分について説明する。また、以下同一の部分または同一の機能を有する部分については同一の符号を付している。

図３に示すように、液体噴射ヘッド１はノズルプレート２、圧電プレート４、カバープレート８、流路部材１１の順に積層構造を備えている。圧電プレート４はその一方面に細長い溝５を備え、その長手方向及び深さ方向の断面は深さ方向に凸形状を有している。ノズルプレート２の２つのノズル３a、３ｂはその凸形状の頂部において溝５と連通する。ノズル３ａは溝５の長手方向における中央部よりも一方の端部側に位置し、ノズル３ｂは溝５の他方の端部側に位置する。供給用継手１４から供給した液体は、液体供給室１２及び液体供給孔９を介して溝５の断面形状が凸状の底部である一端開口部から流入し、同じ底部の他端開口部から液体排出孔１０、液体排出室１３を介して排出用継手１５から流出する。なお、ここで溝５の深さ方向に凸状の頂部とは必ずしも溝５の最深部の１点を意味せず、溝５の底辺に広がりが存在する場合はその広がりのある底辺を頂部という。他の実施形態においても同様である。

圧電プレート４に形成した溝５の一方又は両方の開口端部とカバープレート８の液体供給孔９及び液体排出孔１０の開口部は一致する、又はほぼ一致する。また、溝５は断面がノズルプレート２側に凸形状を有している。そのために、カバープレート８と圧電プレート４との間や溝５内部において液体の流れに淀みが生じ難く、内部に気泡や塵埃が混入しても迅速に排出されるので、ノズル３の目詰まりや、混入した気泡が空気ばねとなって内部の吐出圧力を吸収し、ノズル３から液体が吐出されなくなる不具合を低減させることができる。

溝５を区画する側壁の壁面に形成した図示しない駆動電極は、溝５の長手方向の中央部において電気的に分離している。ノズル３aから液体を噴射させる場合は、ノズル３a側の駆動電極に駆動電圧を与えてノズル３a側の側壁を変形させ、ノズル３ｂから液体を噴射させる場合は、ノズル３ｂ側の駆動電極に駆動電圧を与えてノズル３ｂ側の側壁を変形させる。即ち、２つのノズルから独立して液体を噴射することができるので、記録密度や記録速度を向上させることができる。

（第三実施形態）
図４は、本発明の第三実施形態である液体噴射ヘッド１の模式的な縦断面図である。本第三実施形態は、ノズルプレート２が１つの溝５に対応する２つのノズル３ａ、３ｂを備え、カバープレート８が１つの液体供給孔９と２つの液体排出孔１０ａ、１０ｂを備えている点が第一実施形態と異なり、その他の点については第一実施形態と同様である。以下、主に第一実施形態と異なる部分について説明する。

図４に示すように、液体噴射ヘッド１はノズルプレート２、圧電プレート４、カバープレート８、流路部材１１の順に積層構造を備えている。圧電プレート４はその一方面に細長い溝５を備え、溝５はその長手方向及び深さ方向の断面が深さ方向に凸形状を有している。カバープレート８は、溝５の長手方向の中央の開口部に対応する液体供給孔９と、溝５の長手方向の両端の開口部に対応する２つの液体排出孔１０ａ、１０ｂを備えている。即ち、溝５は断面が凸形状の底部において液体供給孔９及び液体排出孔１０ａ、１０ｂと連通する。

流路部材１１は、カバープレート８の液体供給孔９に対応する液体供給室１２と、２つの液体排出孔１０a、１０ｂのそれぞれ対応する液体排出室１３ａ、１３ｂを備えている。液体供給室１２は、カバープレート８とは反対側の一方面に開口し、その開口部に設けた供給用継手１４から液体を供給する。液体排出室１３ａ、１３ｂのそれぞれは、カバープレート８の一方面に開口し、その開口部に設けた排出用継手１５ａ、１５ｂから液体を排出する。溝５は深さ方向に凸形状を有し、ノズルプレート２の２つのノズル３a、３ｂはその頂部において溝５と連通する。ノズル３ａは液体供給孔９と液体排出孔１０ａの間に、ノズル３ｂは液体供給孔９と液体排出孔１０ｂの間に位置する。

供給用継手１４から供給した液体は、液体供給室１２及び液体供給孔９を介して溝５の中央部から流入し、溝５の両端部から２つの液体排出孔１０ａ、１０ｂ及び液体排出室１３ａ、１３ｂを介して排出用継手１５ａ、１５ｂから外部へ流出する。圧電プレート４に形成した溝５の両方の開口端部とカバープレート８の２つの液体排出孔１０ａ、１０ｂの開口部は一致する、又はほぼ一致する。また、溝５は断面がノズルプレート２側に凸形状を有している。そのために、カバープレート８と圧電プレート４との間や溝５内部において液体の淀みや滞留が減少し、内部に気泡や塵埃が混入しても迅速に排出されるので、ノズル３の目詰まりを低減させることができる。

溝５を仕切る側壁６を変形させるための側壁面に設けた図示しない駆動電極は、溝５の長手方向中央部において電気的に分離している。ノズル３ａから液体を噴射させる場合は、ノズル３ａ側の駆動電極に駆動電圧を与えてノズル３a側の側壁を変形させ、ノズル３ｂから液体を噴射させる場合は、ノズル３ｂ側の駆動電極に駆動電圧を与えてノズル３ｂ側の側壁を変形させる。これにより、液体の記録密度を高く或いは記録速度を向上させることができる。更に、溝５の形状や液体の流れは溝５の中心線ＣＣを軸として対称である。そのため、ノズル３ａから液滴を噴射する噴射条件とノズル３ｂから液滴を噴射する噴射条件とを等しく設定することができる。例えば、噴射液滴の液滴量や噴射タイミングを等しくすることが容易となる。

なお、上記第三実施形態では溝５の中央部から液体を供給し両端部から液体を排出したがこれに限定されない。例えば、溝５の両端部から液体を供給し、中央部から排出してもよいし、液体排出孔１０又は液体供給孔９を更に増やしてもよい。

（第四実施形態）
図５及び図６は本発明の第四実施形態である液体噴射ヘッド１の説明図である。図５（ａ）は液体噴射ヘッド１の全体斜視図であり、（ｂ）は液体噴射ヘッド１の内部の斜視図である。図６（ａ）は部分ＤＤの縦断面図であり、（ｂ）は部分ＥＥの縦断面図である。

図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、液体噴射ヘッド１はノズルプレート２と圧電プレート４とカバープレート８と流路部材１１の積層構造を備えている。ノズルプレート２と圧電プレート４は、ｘ方向の幅がカバープレート８と流路部材１１よりも広く、x方向の一方端において突出している。圧電プレート４の一方面７には多数の溝５がｙ方向に配列している。カバープレート８は一方面から他方面に貫通する液体供給孔９と液体排出孔１０を備えている。液体供給孔９と液体排出孔１０の他方面における開口部は各溝５の長手方向（ｘ方向）における一方端と他方端の各開口部に一致し、又はほぼ一致して連通する。

図６（ａ）、及び（ｂ）に示すように、流路部材１１は、カバープレート８側の他方面に開口する凹部からなる液体供給室１２及び液体排出室１３を備え、カバープレート８とは反対側の一方面には液体供給室１２及び液体排出室１３にそれぞれ連通する供給用継手１４及び排出用継手１５を備えている。

圧電プレート４の突出した一方端の一方面７には多数の電極端子を集約的に形成しており、各電極端子は各溝５の側壁に形成した図示しない駆動電極と電気的に接続する。フレキシブル基板（以下、ＦＰＣという）２４は圧電プレート４の一方面７に接着固定されている。ＦＰＣ２４は、その圧電プレート４側の表面に分離した多数の電極を備え、各電極は圧電プレート４上の各電極端子と導電材を介して電気的に接続する。ＦＰＣ２４は、その表面に駆動回路としてのドライバＩＣ２５や接続コネクタ２６を備えている。ドライバＩＣ２５は、接続コネクタ２６から駆動信号を入力して溝５の側壁を駆動するための駆動電圧を生成し、ＦＰＣ２４上の電極、圧電プレート４上の電極端子を介して側壁の図示しない駆動電極に供給する。

ベース２１は圧電プレート４等を収納している。ベース２１の下面にはノズルプレート２の液体噴射面が露出している。ＦＰＣ２４は、圧電プレート４の突出端部側から外部に引き出され、ベース２１の外側面に固定されている。ベース２１はその上面に２つの貫通孔を備え、液体供給用の供給チューブ２２が一方の貫通孔を貫通して液体供給用継手１４に接続し、液体排出用の排出チューブ２３が他方の貫通孔を貫通して液体排出用継手１５に接続している。

ノズルプレート２のノズル３は溝５の深さ方向に凸形状の頂部に連通する。ノズルプレート２に形成した各ノズル３はｙ方向に一列に整列し、対応する各溝５に連通する。カバープレート８は、液体供給孔９及び液体排出孔１０の各開口端部と溝５の一方及び他方の開口端部がそれぞれ一致する、又はほぼ一致するように、圧電プレート４に接合する。即ち、溝５は断面が凸形状の底部において液体供給孔９及び液体排出孔１０と連通する。ＦＰＣ２４はベース２１の側壁に固定されている。

この構成により、カバープレート８と圧電プレート４との間や溝５内部において淀みが減少し、液体に混入した気泡や塵埃を迅速に流出させる。その結果、ノズル３の目詰まりや液体の吐出量不足等の不良を低減することができる。また、ドライバＩＣ２５や圧電プレート４の溝５の側壁は駆動することにより加熱するが、熱はベース２１や流路部材１１を介して内部を流れる液体に伝達する。即ち、被記録媒体に記録するための液体を冷却媒体として利用して効率よく熱を外部に放熱することができる。そのため、ドライバＩＣ２５や圧電プレート４の過熱による駆動能力の低下を防止することができ、信頼性の高い液体噴射ヘッド１を提供することが可能となる。

なお、第二実施形態のように１つの溝に２つのノズル３を設けてもよい。また、三実施形態のように、液体供給室１２及び液体供給孔９を介して溝５の中央部から液体を供給し、溝５の両端部から液体排出孔１０ａ、１０ｂ及び液体排出室１３ａ、１３ｂを介して液体を排出し、更に２つのノズルから独立して液体を噴射するように構成してもよい。また、ノズルプレート２に設けたノズル３を図６（ｂ）に示すようにｙ方向に一列に配列することは必須要件ではなく、ｙ方向に対して角度をもって周期的に配列する構成としてもよい。

（第五実施形態）
図７は本発明の第五実施形態である液体噴射装置２０の模式的な構成図である。液体噴射装置２０は、液体噴射ヘッド１と液体噴射ヘッド１に液体を供給し、液体噴射ヘッド１から排出した液体を貯留する液体タンク２７と、液体タンク２７から液体噴射ヘッド１に液体を押圧して供給する押圧ポンプ２８と、液体噴射ヘッド１から液体タンク２７に液体を吸引して排出する吸引ポンプ２９を備えている。押圧ポンプ２８の吸引側と液体タンク２７は供給チューブ２２ｂにより、押圧ポンプ２８の押圧側と液体噴射ヘッド１の供給用継手１４とは供給チューブ２２ａにより接続している。吸引ポンプ２９の押圧側と液体タンク２７は排出チューブ２３ｂにより、吸引ポンプ２９の吸引側と液体噴射ヘッド１の排出用継手１５とは排出チューブ２３ａにより接続している。供給チューブ２２ａは押圧ポンプ２８が押圧した液体の圧力を検出するための圧力センサ３１を備えている。液体噴射ヘッド１は、第四実施形態と同様なので説明を省略する。

なお、すでに説明したように、液体噴射ヘッド１は第二実施形態のように１つの溝５に２つのノズル３を設けてもよい。また、第三実施形態のように、液体供給室１２及び対応して設置した液体供給孔９を介して溝５の中央部から液体を供給し、溝５の両端部から２つの液体排出孔１０ａ、１０ｂ及び対応して設置した２つの液体排出室１３ａ、１３ｂを介して液体を排出し、更に、２つのノズルから独立して液体を噴射するように構成してもよい。また、液体噴射装置２０は、液体噴射ヘッド１を往復させるための搬送ベルト、液体噴射ヘッド１をガイドするガイドレール、搬送ベルトを駆動する駆動モーター、被記録媒体を搬送する搬送ローラ、これらの駆動を制御する制御部等を備えているが、図７では省略している。

また、本実施形態において、図示しない脱気装置を液体排出孔１０と液体タンク２７との間に設けてもよい。つまり、排出チューブ２３ａ及び２３ｂ上に脱気装置を設けてもよい。この構成を採用したことによって、液体タンク２７から溝５に液体を供給し、溝５から液体タンク２７へ液体を循環する排出チューブ２３ａ及び２３ｂ上の経路において液体に含有した気体を脱気・除去することができる。すなわち、循環経路における脱気機能を備えたことによって、包含する気体の含有量を低減し、液体吐出環境に適した液体を液体タンク２７へ供給することができるので、優れた液体再利用システムを構築することができる。

液体噴射装置２０を上記のように構成したことにより、液体はカバープレート８と圧電プレート４との間や溝５内部において淀みや滞留が減少し、内部に気泡や塵埃が混入しても迅速に排出される。また、ドライバＩＣ２５や圧電プレート４の側壁で生成した熱はベース２１や流路部材１１を介して内部を流れる液体に伝達する。そのため、被記録媒体に記録するための液体を冷却媒体として利用して熱を効率よく外部に放熱することができ、ドライバＩＣ２５や側壁が過熱して駆動能力が低下することを防止することができ、信頼性の高い液体噴射装置２０を提供することができる。

（第六実施形態）
図８は本発明の第六実施形態である液体噴射ヘッド１の製造方法を表す説明図である。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付した。

図８（ａ）は、圧電プレート４の一方面７にダイシングブレード３０を用いて溝５を研削している溝加工工程を表す。圧電プレート４はＰＺＴセラミックスを用いている。ダイシングブレード３０は円盤状の金属板や合成樹脂板からなり、その外周部に研削用のダイヤモンド砥粒が埋め込まれている。回転するダイシングブレード３０を圧電プレート４の一方の端部に所定の深さまで降下させ、他方の端部まで水平に研削し、上昇させる。図８（ｂ）は、研削後の溝５の断面を表す。溝５の両端部はダイシングブレード３０の外径が転写され、深さ方向に凸の円弧形状を有する。

図８（ｃ）は、液体供給孔９と液体排出孔１０を有するカバープレート８を圧電プレート４の一方面７に貼り合せて接合したカバープレート貼り合せ工程後の縦断面図を表す。カバープレート８は圧電プレート４と同じ材料を使用し、接着材により接合した。液体供給孔９の開口端部と溝５の一方の開口端部とを、また、液体排出孔１０の開口端部と溝５の他方の開口端部とを一致させる、又はほぼ一致させる。圧電プレート４の溝５の側にカバープレート８を貼り合せるので、溝５の両端部と液体供給孔９及び液体排出孔１０の開口端部の位置合わせが極めて容易となる。液体供給孔９や液体排出孔１０が溝５の両端部にほぼ一致し、更に、溝５は深さ方向に凸の円弧形状を有する。この構成により、液体が液体供給孔９から溝５に流入し液体排出孔１０から排出する際に、溝５内部に淀みや滞留を生じ難くすることができる。

図８（ｄ）は、圧電プレート４の他方面１７を切削して溝５の深さ方向の頂部を開口した切削加工工程後の縦断面図を表す。圧電プレート４の一方面にカバープレート８が接合しているので、カバープレート８は圧電プレート４の補強材として機能する。そのため、圧電プレート４の他方面１７をグラインダにより容易に切削することができる。圧電プレート４を他方面１７の側から研磨するように研削できるので、溝５を区画する側壁６を破壊することなく、溝５の底面を開口することができる。

図８（ｅ）は、圧電プレート４の他方面１７にノズルプレート２を貼り合せて接合したノズルプレート貼り合せ工程後の縦断面図を表す。ノズルプレート２としてポリイミド樹脂を使用し、圧電プレート４に接着材を用いて接合した。ノズル３は、溝５側から外部に向けて開口断面積が次第に減少する漏斗形状を備え、その漏斗状の貫通孔をレーザ光により穿設した。ノズル３を溝５の長手方向の中央部に設置した。

なお、上記図８に示す工程の他に、液体供給室と液体排出室を備える流路部材を準備し、カバープレート８の一方面に貼り合せて接合する流路部材貼り合せ工程を含めることができる。貼り合せの際には、カバープレート８に形成した液体供給孔９及び液体排出孔１０と液体供給室及び液体排出室のそれぞれを連通させる。これにより、多数の溝５に均等に液体を供給することが可能となると共に、液体ポンプの脈動がノズル３側に伝達することを緩和させるバッファ室として機能させることができる。

また、上記切削加工工程において、溝５の深さ方向に凸の頂部が開口するまで研削しないで、深さ方向の頂部に圧電材料を残してもよい。溝５の底面側に圧電材料を残す場合には、切削加工工程の前又は後にノズル３に対応する貫通孔を形成しておく。この貫通孔の形成は溝５を区画する側壁６を研削しないので研削時に側壁が破壊することはない。溝５の底面に圧電材料を残すと、溝５の領域からノズル３の吐出口までの距離が長くなり、流路抵抗が増加して吐出速度が低下する。したがって、好ましくは溝５の底部を開口してノズルプレート２の表面が溝５の底辺となるようにするのがよい。

本発明の液体噴射ヘッド１の製造方法によれば、高度な研削技術を必要としないで液体供給孔９や液体排出孔１０を溝５の両方の開口端部に一致させ、或いはほぼ一致するように連通させることができる。そして、深さ方向に凸形状を有する溝５の内部に、溝５を形成した表面側から液体を供給し、同じ表面側から液体を排出するので、溝５内部において液体の淀みや滞留を減少させることができる。そのため、溝５内部に気泡や塵埃等の異物が混入しても迅速に外部に排出できるので、ノズル３の目詰まりを低減することができる。

１ 液体噴射ヘッド
２ ノズルプレート
３ ノズル
４ 圧電プレート
５ 溝
６ 側壁
７ 一方面
８ カバープレート
９ 液体供給孔
１０ 液体排出孔
２０ 液体噴射装置
２４ ＦＰＣ
２５ ドライバＩＣ
２７ 液体タンク
２８ 押圧ポンプ
２９ 吸引ポンプ

Claims (11)

1. 被記録媒体に液体を噴射するノズルを有するノズルプレートと、
   一方面に細長い溝を有し、他方面に前記ノズルプレートを接合する圧電プレートと、
   前記溝に前記液体を供給する液体供給孔と前記溝から前記液体を排出する液体排出孔を有し、前記圧電プレートの一方面に設置したカバープレートとを備え、
   前記圧電プレートの細長い溝は、前記溝の長手方向であり且つ深さ方向の断面が深さ方向に凸状であり、前記凸状の頂部において前記ノズルと連通し、前記凸状の底部において前記液体供給孔及び前記液体排出孔と連通するとともに、前記溝は前記凸状の頂部で前記ノズルプレートに接している液体噴射ヘッド。
2. 前記溝の前記断面は、深さ方向に凸の円弧状であることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記溝は、長手方向の一方又は両方の開口端部において前記液体供給孔又は前記液体排出孔と連通することを特徴とする請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記カバープレートは、前記溝から前記液体を排出する液体排出孔又は前記溝へ前記液体を供給する液体供給孔を複数備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッド。
5. 前記ノズルプレートは、前記溝に連通するノズルを複数備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッド。
6. 前記液体供給孔に供給する液体を保持する液体供給室と前記液体排出孔から排出した液体を保持する液体排出室を有し、前記カバープレートの前記圧電プレートとは反対側の面に設置した流路部材を備える請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッド。
7. 前記溝の側壁に形成した電極に駆動電力を供給する駆動回路と、
   前記駆動回路を実装し、前記圧電プレートに設置したフレキシブル基板と、
   前記ノズルプレートが外部に露出した状態で前記圧電プレート及び前記カバープレートを収納するとともに、前記フレキシブル基板を外側面に固定する基体と、を更に備える請求項１〜６のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッド。
8. 請求項１〜７項のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッドと、
   前記カバープレートの液体供給孔に液体を供給するとともに前記カバープレートの液体排出孔から排出した液体を貯留する液体タンクと、
   前記液体タンクから前記液体供給孔に前記液体を押圧して供給する押圧ポンプと、
   前記液体排出孔から前記液体タンクに前記液体を吸引して排出する吸引ポンプと、を備える液体噴射装置。
9. 前記液体排出孔から前記液体タンクまでの経路上に脱気機能を有する脱気手段を備えることを特徴とする請求項８に記載の液体噴射装置。
10. 圧電プレートの一方面に、深さ方向が凸状となる細長い溝を形成する溝加工工程と、
    液体供給孔と液体排出孔を有するカバープレートを、前記圧電プレートの一方面に貼り合わせるカバープレート貼り合せ工程と、
    前記圧電プレートの他方面を切削加工する切削加工工程と、
    液体噴射用のノズルを形成したノズルプレートを前記圧電プレートの他方面に張り合わせて、前記ノズルと前記溝とを連通させるノズルプレート貼り合わせ工程と、を含む液体噴射ヘッドの製造方法。
11. 前記液体供給孔に供給する液体を保持する液体供給室と前記液体排出孔から排出した液体を保持する液体排出室を有する流路部材を、前記カバープレートの圧電プレートとは反対側に貼り合わせる流路部材貼り合わせ工程を有することを特徴とする請求項１０に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。

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