インクジェットヘッド及びその製造方法
【課題】キャビティユニットの連通孔から圧力室に、インクが略直角に屈曲しながら流入するように構成されている場合であっても、この屈曲部分に溜まる気泡の除去を容易且つ確実に行う。
【解決手段】アクチュエータ２１で覆われる圧力室２４は連通孔２８と接続する一端２４ａからノズル２３と接続する他端２４ｂへ向けアクチュエータ２１に沿ってインクを流すように形成され、且つ連通孔２８は圧力室２４でのインクの流れ方向と略直角でかつアクチュエータ２１と対向する方向に開口形成されて、連通孔２８を経たインクが圧力室２４の一端にて流れる方向を略直角に屈曲させるように構成されているインクジェットヘッド１であって、連通孔２８に対応するアクチュエータ２１の部位には、圧力室２４の一端２４ａにおけるインクの流れに直角な断面積Ｓ１を広げるように、圧力室２４毎に凹部５０が形成されている。
【解決手段】アクチュエータ２１で覆われる圧力室２４は連通孔２８と接続する一端２４ａからノズル２３と接続する他端２４ｂへ向けアクチュエータ２１に沿ってインクを流すように形成され、且つ連通孔２８は圧力室２４でのインクの流れ方向と略直角でかつアクチュエータ２１と対向する方向に開口形成されて、連通孔２８を経たインクが圧力室２４の一端にて流れる方向を略直角に屈曲させるように構成されているインクジェットヘッド１であって、連通孔２８に対応するアクチュエータ２１の部位には、圧力室２４の一端２４ａにおけるインクの流れに直角な断面積Ｓ１を広げるように、圧力室２４毎に凹部５０が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッドに係り、特に、吐出圧力を受ける圧力室に連通孔を経てインクを供給するように構成されたキャビティユニットを有するインクジェットヘッド及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のインクジェットヘッドでは小型化が進められており、本出願人も、例えば、特許文献1に開示しているように、インクジェットヘッドにおいてインク流通路を内部に有するキャビティユニットを薄い複数枚のプレートを積層して構成することで、ヘッド全体の薄型化を図っている。
【０００３】
キャビティユニットの複数枚のプレートとしては、複数のノズルが穿設されたプレート、各ノズル毎の圧力室が形成されたプレート、インク供給源から供給されたインクを一旦溜める共通インク室が形成されたプレート、共通インク室のインクを各圧力室に分配するための連通孔（特許文献１では連通路３８と記載）が形成されたプレート等が備えられている。そして、前記圧力室に充填されたインクに吐出圧力を与えるアクチュエータが、前記圧力室を覆うようにキャビティユニットに積層されている。
【０００４】
このような薄型のキャビティユニットでは、キャビティユニット全体の厚み寸法を有効に利用して、吐出に必要なインク流通路を確保するために、インク流通路をキャビティユニットの内部において、プレートの積層方向（厚み方向）に貫通させたり、各プレートの面方向と平行に延ばしたりして構成している。具体的には、アクチュエータからの吐出圧力を受ける圧力室を、アクチュエータと対向する背面側のプレートに、ノズルを前面側のプレートに、共通インク室を積層方向の中間のプレートに、それぞれ配置している。そして、インクは、共通インク室に供給されたのち、図８（ａ）に模式的に図示しているように、プレートの積層方向に沿って連通孔２８を進んで圧力室２４の一端２４ａに達し、この圧力室２４の一端２４ａで流れる方向を略直角に屈曲させて、アクチュエータ２１の面に沿って圧力室２４の他端２４ｂへ進み、再びこの他端２４ｂで、流れる方向を略直角に屈曲させて、キャビティユニットの前面側に設けたノズルに至るように構成されている。
【特許文献１】特開２００５−４１０４７号公報（図４及び図５参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、インクジェットヘッドでは、キャビティユニットの内部のインクに気泡が混入すると、インクの吐出不良を引き起こすため、キャビティユニットのノズル側からインクを強制的に吸引（または加圧）して、インクとともに気泡を排出するメンテナンス（パージ処理）が行われる。
【０００６】
しかしながら、前述したように、インク流通路を略直角に屈曲させるように構成していると、この屈曲部分に気泡が停滞し、停滞した気泡は後から来た気泡と合体して大きな気泡に成長し易い。特に、圧力室は、インクに大きな吐出圧力を与えるためにはアクチュエータの動作に伴う断面積の変化率を大きくする必要があり、アクチュエータと対向する幅（図８（ｃ）の平面図においてＷ）が大きく、深さ（図８（ａ）において上下方向）が小さい扁平な断面形状であることが好ましい。また、連通孔が形成されるプレートは、キャビティユニット全体に剛性を与えるために、圧力室を形成するプレートよりも厚いプレートであることが好ましく、その厚さに対して小さい連通孔を穿設することが困難なので、連通孔はその厚さ程度の直径を有するものとなる。このため、図８（ｂ）に示すように、連通孔２８の内側にて大きく成長した気泡Ａは球形であるから、その気泡の直径よりも小さい深さの圧力室２４に入り込み難く、圧力室２４の天井面に停滞してしまう。その結果、圧力室２４側への流路の実質的な断面積が制限され、圧力室２４へのインク供給量が減少し、印字不良を生じることになる。
【０００７】
この気泡を除去するためには、インクに圧力をかけて連通孔２８から圧力室２４へ流れを生じさせるパージ処理を行う必要があるが、図８（ｃ）に示すように圧力室２４の幅Ｗが連通孔２８の直径Ｌよりも十分に大きいため、パージ処理によるインクの流れは圧力室２４の幅方向に逃げてしまい、気泡Ａを押すことができない。このため、気泡Ａの球形状を扁平形状に変形させる程の大きな圧力をインクにかけてパージ処理を行わないと、気泡を確実に除去することができず、パージ処理に伴うインクの無駄な吐出や、パージ処理用のポンプの大型化も招来するという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題を解消するものであり、キャビティユニットの連通孔から圧力室に、インクが略直角に屈曲しながら流入するように構成されているものにおいて、この屈曲部分に溜まる気泡の除去を容易且つ確実に行うことのできるインクジェットヘッド及びその製造方法の提供を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明におけるインクジェットヘッドは、インクを吐出する複数のノズル毎に対応して設けられた圧力室と、複数の圧力室にインクを分配するための共通インク室と、この共通インク室と前記圧力室とを接続する連通孔とが形成されているキャビティユニットと、このキャビティユニットに前記圧力室の一側を覆って装着されて前記圧力室に充填されたインクに吐出圧力を与えるアクチュエータとを備え、前記圧力室は前記連通孔と接続する一端から前記ノズルと接続する他端へ向け前記アクチュエータに沿ってインクを流すように形成され、且つ前記連通孔は前記圧力室でのインクの流れ方向と略直角でかつ前記アクチュエータと対向する方向に開口形成されて、前記連通孔を経たインクが前記圧力室の一端にて流れる方向を略直角に屈曲させるように構成されているインクジェットヘッドであって、前記連通孔に対応する前記アクチュエータの部位には、前記圧力室の一端におけるインクの流れに直角な方向の断面積を広げるように、前記圧力室毎に凹部が形成されていることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記キャビティユニットは、前記圧力室を形成するプレート、前記連通孔を形成するプレート、前記共通インク室を形成するプレートを積層して形成され、前記アクチュエータは、前記圧力室を形成するプレートに、前記連通孔を形成するプレートとは反対側に積層されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のインクジェットヘッドにおいて、インクの流れに直角な方向の断面のうち、前記圧力室の一端の断面が前記連通孔の断面よりも、断面積が小さく且つ扁平に形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１または２記載のインクジェットヘッドにおいて、前記アクチュエータに形成された凹部は、その内側が曲面形状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明におけるインクジェットヘッドの製造方法は、請求項１から４のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記アクチュエータは、圧電セラミックス素材を焼成して形成された圧電アクチュエータであり、前記凹部は、焼成後の圧電アクチュエータにおける圧電セラミックスを除去加工して形成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明におけるインクジェットヘッドの製造方法は、請求項１から４のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記アクチュエータは、圧電セラミックス素材のシートを積層し焼成により一体化して形成された圧電アクチュエータであり、前記凹部は、焼成前の圧電セラミックス素材のシート面における前記凹部が形成されるべき部位に、凸型部材による押圧で窪みを設けておくことにより形成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項７に記載の発明におけるインクジェットヘッドの製造方法は、請求項１から４のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記アクチュエータは、圧電セラミックス素材のシートを積層し焼成により一体化して形成された圧電アクチュエータであり、前記凹部は、焼成前の圧電セラミックス素材のシート面における前記凹部が形成されるべき部位に、樹脂材料をパターン形成し、前記焼成によって前記樹脂材料を除去させて形成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の発明によれば、圧力室の一端におけるインクの流れに直角な断面積を広げるようアクチュエータ側に凹部を設けて、この屈曲する部分の内部空間が広げられているから、連通孔から圧力室へインクが略直角に屈曲しながら流れ込むときに、気泡が通過し易くなる。その結果、仮に前記屈曲部分で引っ掛かった気泡が大きく成長していても、メンテナンス時に、気泡をインクとともにノズルから強制的に排出するようなパージ処理を行うと、気泡は容易に圧力室側に流れて外部に排出されるので、インクの吐出不良を未然に防止できる。
【００１７】
また、凹部はアクチュエータ側に設けられているので、連通孔や圧力室の設計形状を変更することなく、前記屈曲部分の内部空間を広げることができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、キャビティユニットは、それぞれにインク流通路が形成された複数のプレートが積層されているから、複雑で微細な形状のインク流通路を内部に有するキャビティユニットを容易に且つ薄型に構成することができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、連通孔から圧力室へインクが流入する前記屈曲部分では、屈曲の前後で断面積が小さくなるうえに、その断面形状もさらに扁平さを増すので、インク中で球形をなす気泡は、連通孔から圧力室へ極めて流入し難い構造となっているが、請求項１に記載したように凹部を設けることによって、前記連通孔及び圧力室の形状を変えなくても、気泡を圧力室へ流入し易くすることができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、凹部の内側が球面形状であるから、気泡が凹部の内側で引っ掛かり難くなるという効果を奏する。
【００２１】
請求項５に記載の発明によれば、アクチュエータとして圧電アクチュエータを用いているから、焼成された圧電セラミックスを除去加工することで、所望の形状の凹部を簡単に形成することができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明によれば、アクチュエータとして、圧電セラミックス素材のシート（一般的に、グリーンシートと呼ばれるもの）を用いて圧電アクチュエータを形成しており、焼成前の圧電セラミックス素材のシートは軟質であるから、このシートに対して、窪みの押圧形成が容易にでき、所望の形状の凹部を凸型部材によって簡単に形成することができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明によれば、アクチュエータとして、圧電セラミックス素材のシート（一般的に、グリーンシートと呼ばれるもの）を用いて圧電アクチュエータを形成しており、焼成前の圧電セラミックス素材のシートにおける凹部が形成される部位に、樹脂材料をパターン形成し、樹脂材料とともに、前記圧電セラミックス素材のシートを焼成して一体化すると、焼成工程で樹脂材料が除去されるから、焼成後には前記樹脂材料のパターンが凹部となって残る。従って、凹部の形状は、樹脂材料のパターンを変えるだけで設定でき、また、樹脂材料の除去も、前記焼成工程を利用することで、特別な工程を付加せずに行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明の基本的な実施形態を、図１〜図７を用いて説明する。
【００２５】
図１は、本発明の実施形態によるインクジェットヘッド１におけるキャビティユニット２０、圧電アクチュエータ２１、及びフレキシブルフラットケーブル２２の斜視図であり、複数枚のプレートからなるキャビティユニット２０にプレート型の圧電アクチュエータ２１が接合され、このプレート型の圧電アクチュエータ２１の上面に外部機器との接続のためのフレキシブルフラットケーブル２２が重ね接合されている。そして、キャビティユニット２０の下面側に開口されたノズル２３から、下向きにインクが吐出するものとする（図３参照）。
【００２６】
前記キャビティユニット２０は、図２に示すように、ノズルプレート３０、スペーサプレート３１、２枚のマニホールドプレート３３ａ、３３ｂ、サプライプレート３４、ベースプレート３５、及びキャビティプレート３６の合計７枚の薄い板をそれぞれ接着剤にて重ね接合した構造となっている。
【００２７】
実施形態では、各プレート３０〜３６は４０〜１５０μｍ程度の厚さを有し、ノズルプレート３０はポリイミド等の合成樹脂製で、その他のプレート３１〜３６は４２％ニッケル合金鋼板製である。前記ノズルプレート３０には、微小径（２５μｍ程度）のインク吐出用のノズル２３が微小間隔で多数個穿設されている。このノズル２３は、当該ノズルプレート３０における長辺方向（Ｘ方向）と平行な２列に配列されている。
【００２８】
また、前記キャビティプレート３６には、図２に示すように、複数の圧力室２４がキャビティプレート３６の長辺（前記Ｘ方向）と平行な２列に配列されている。実施形態では、前記各圧力室２４は、平面視細長形状でその長手方向がキャビティプレート３６の短辺方向（Ｙ方向）に沿うようにキャビティプレート３６の板厚を貫通して穿設されている。各圧力室２４の長手方向の一端２４ａには連通孔２８が接続され、この一端２４ａは連通孔２８及び接続流路２９を介して共通インク室２５と連通している。各圧力室２４の長手方向の他端２４ｂは、ベースプレート３５、サプライプレート３４と２枚のマニホールドプレート３３ａ、３３ｂ、及びスペーサプレート３１に穿設されている貫通路２６を介して、ノズルプレート３０における前記各ノズル２３に連通している。
【００２９】
圧力室２４は、図４に示すように、幅寸法Ｗ、深さ寸法Ｄを有しているが、前述したようにキャビティプレート３６の板厚を貫通して形成されているので、圧力室２４の深さ寸法Ｄは、キャビティプレート３６の厚み寸法Ｔ１と同じである。圧力室２４のインクの流れに直角な断面積Ｓ１は、前記幅寸法Ｗ、深さ寸法Ｄで決定される（図４及び図５（ａ）参照）。圧力室２４は、インクに大きな吐出圧力を与えるためにはアクチュエータの動作に伴う断面積の変化率を大きくする必要があり、Ｗ＞Ｄの関係に設定され、具体的には、幅寸法Ｗは、ほぼ２５０μｍ〜３００μｍ、深さ寸法Ｄは、ほぼ４０μｍ〜６０μｍである。
【００３０】
キャビティプレート３６の下面に隣接するベースプレート３５には、各圧力室２４の一端２４ａに接続する連通孔２８がそれぞれ穿設されており、連通孔２８では、アクチュエータ２１に向かうようにインクが流れる。ベースプレート３５は、キャビティユニット全体に剛性を与えるために、キャビティプレート３６よりも厚いプレート（厚み寸法Ｔ２）であることが好ましい。連通孔２８は、その厚さＴ２に対して小さいものを穿設することが困難なので、その厚さ程度の直径２Ｒを有するものとなる。具体的には、厚み寸法Ｔ２および直径２Ｒは、ともにほぼ１００μｍ〜１５０μｍである。連通孔２８は、図４に示すように、半径Ｒの平面視円形状で、インクの流れに直角な断面積がＳ２に形成されている。断面積Ｓ２は、圧力室２４の一端２４ａの断面積Ｓ１よりも大きく形成されている。
【００３１】
ベースプレート３５の下面に隣接するサプライプレート３４には、共通インク室２５から前記各圧力室２４へインクを供給するための接続流路２９が設けられる。そして各接続流路２９には、共通インク室２５からインクが入る入口孔と、連通孔２８と対向して開口する出口孔と、入口孔と出口孔との間にあって、接続流路２９中で最も大きな流路抵抗となるように断面積を小さくして形成された絞り部とが備えられている。接続流路２９の一端は共通インク室２５に、他端は連通孔２８を介して圧力室２４にそれぞれ連通している。この絞り部は、ノズル２３からインクを吐出させるために、圧力室２４が吐出圧力を受けたときに、共通インク室２５側へのインクの後退を防止し、効率よくインクをノズル２３側に前進させるために設けたものである。
【００３２】
２枚のマニホールドプレート３３ａ，３３ｂには、その長辺方向（Ｘ方向）に沿って長い２つの共通インク室２５が前記ノズル２３の各列に沿って延びるように板厚を貫通して形成されている。すなわち、図２及び図３に示すように、２枚のマニホールドプレート３３ａ、３３ｂを積層し、かつその上面をサプライプレート３４にて覆い、下面をスペーサプレート３１にて覆うことにより、合計２つの共通インク室（マニホールド室）２５が形成される。各共通インク室２５は、各プレートの積層方向から平面視したときに、前記圧力室２４の一部と重なって圧力室２４の列方向（ノズル２３の列方向）に沿って長く延びている。
【００３３】
また、図２に示すように、キャビティプレート３６、ベースプレート３５、及びサプライプレート３４の一方の短辺側の端部には、上下の位置を対応させて、それぞれ２つのインク供給口４０が穿設されている。インク供給源からのインクが、これらインク供給口４０から共通インク室２５の一端部に連通するようになっている。また、インク供給口４０には、フィルタ体４０ａが接着剤等で貼着されている。
【００３４】
キャビティユニット２０におけるインク流通路では、インクは、インク供給口４０から共通インク室２５に供給された後、図３に示すように、サプライプレート３４の接続流路２９及びベースプレート３５の連通孔２８を経由して各圧力室２４に分配供給される。そして、インクは各圧力室２４内から前記貫通路２６を通って、その圧力室２４に対応するノズル２３に至るという構成になっている。
【００３５】
一方、前記圧電アクチュエータ２１には、特開平４−３４１８５３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２４にわたる大きさを有する扁平形状で且つその扁平な方向と直交する方向に積層される複数のセラミックス層と、この複数のセラミックス層の扁平な方向の面上に配置される複数の電極層とが備えられている。ここでは、セラミックス粉末、バインダ、溶剤を混合したものを１枚の厚さが３０μｍ程度になるように扁平に成形した圧電セラミックス素材のシート（グリーンシート）の複数枚のうち適数枚のシート面に導電性ペーストで電極層を印刷法等によって形成し、その複数枚のグリーンシートを積層して焼成することで、圧電アクチュエータ２１を形成している。これにより、各グリーンシートは、焼結体のセラミックス層となる。
【００３６】
電極層としては、圧力室２４毎に形成される個別電極の電極層と、複数の圧力室２４に跨って形成されるコモン電極の電極層とがセラミックス層の積層方向に対をなす駆動用電極の層と、最上面に配置されフレキシブルフラットケーブル２２と電気的に接続される表面電極４６の層とが設けられている（図１参照）。このように電極層が設けられた圧電アクチュエータ２１では、公知のように個別電極とコモン電極との間に高電圧を印加することで、両電極に挟まれたセラミックス層の部分が分極され、活性部として形成される。
【００３７】
このように形成された圧電アクチュエータ２１は、個別電極を圧力室２４に対応させて各圧力室２４を覆ってキャビティプレート３６上に固着される。個別電極とコモン電極との間に駆動電圧を選択的に印加することで、両電極に挟まれたセラミックス層の部分が変形して、圧力室２４に容積変化を生じさせる。その結果、圧力室内のインクに吐出圧力を与え、インクをノズル２３から吐出させる。
【００３８】
圧電アクチュエータ２１には、前記圧力室２４の一端２４ａにおけるインクの流れ方向に略直角な方向の断面積Ｓ１を広げるように、圧力室２４毎に、連通孔２８と対向する圧電アクチュエータの面に凹部５０が形成されている（図５（ａ）（ｂ）及び、図６（ｃ）参照）。この凹部５０は、平面視（各プレートの広幅面と直角な方向）において連通孔２８の上端開口部よりも大きく形成され、圧力室２４の底面と一部重なって他端２４ｂ側へ向け連通孔２８からはみ出して形成されている。凹部５０の天井面は、圧力室２４の他端２４ｂ側へ向け連続的あるいは段階的に下降する形状に形成され、連通孔２８の断面積Ｓ２から圧力室２４の一端２４ａをへて他端２４ｂ側へ向かうインク流に直角な断面積が急激に変化することのないようにしている。この実施形態では、凹部５０は、球面の一部となっており、凹部５０は圧電アクチュエータ２１の内部の電極に干渉しない位置に設けられている。
【００３９】
この凹部５０の製造方法としては、前述した圧電アクチュエータ２１が、圧電セラミックス素材のシートを積層して焼成し一体形成された後に、図７（ａ）に示すように、焼結体のセラミックスの前記凹部５０が形成されるべき部位を、除去加工して形成することができる。加工方法として、レーザ加工あるいは超音波加工等が適用できる。図７（ａ）では、超音波加工用の工具５３を、セラミックス層の表面に当接させている状態を模式的に図示している。
【００４０】
凹部５０の他の製造方法としては、図７（ｂ）に示すように、圧電アクチュエータ２１が焼成される前であって、圧電セラミックス素材のグリーンシート５４を積層した状態（シート面が柔らかい状態）において、凸型部材５１で押圧して窪みを設け、その後に焼成することで、圧電アクチュエータ２１に凹部５０を形成してもよい。
【００４１】
凹部５０のさらに他の製造方法としては、図７（ｃ）に示すように、前述と同様の、圧電アクチュエータ２１が焼成される前であって、圧電セラミックス素材のグリーンシート５４を積層した状態（シート面が柔らかい状態）において、樹脂材料５２の略球状のパターンを押圧しながら形成し、その後にこの樹脂材料５２を除去して製造してもよい。グリーンシート５４は柔らかいので、樹脂材料５２をパターン形成する際に押圧することで、簡単に窪みを作り、同時にこの窪みに樹脂材料５２を埋設させることができる。樹脂材料５２の蒸発温度は、一般的に、グリーンシート５４の焼成温度よりも低いので、積層されたグリーンシート５４を焼成して一体化し圧電アクチュエータ２１を形成する工程で、樹脂材料５２は蒸発により除去され、前記窪みが凹部５０として残る。この方法では、樹脂材料５２の除去にグリーンシート５４の焼成工程を利用しているから、特別な除去工程を付加する必要がない。
【００４２】
このように構成されたインクジェットヘッド１では、前述のように圧力室２４に流れ込むインクは、連通孔２８を上昇して圧電アクチュエータ２１に当たって略直角に向きを変え、圧力室２４の一端２４ａから圧力室２４の他端に向けて流れる。このとき、圧力室２４の一端２４ａの断面積Ｓ１は、連通孔２８の断面積Ｓ２よりも小さく、かつ圧力室の深さ寸法Ｄが連通孔２８の直径２Ｒよりも十分に小さいから、連通孔２８の内側で気泡が、深さ寸法Ｄよりも大きく成長すると、凹部５０を設けない従来の状態では、気泡は、連通孔２８の内壁に内接した状態で留まり、そのまま安定的に保たれるので、圧力室２４への流入が困難となり、パージ処理に際して大きな圧力をかけても、排出することができない。
【００４３】
しかしながら、本実施形態では、圧力室２４の一端２４ａに対応する圧電アクチュエータ２１の部位に凹部５０が形成されている。従って、連通孔２８から圧力室２４へインクが屈曲して流れ込む部位において、断面積の急激な変化が緩和されることと、さらに、凹部５０の天井面が、圧力室２４の一端２４ａの断面積をすぼめるように下降していることで、気泡が連通孔２８から圧力室２４へ変形しながら流れ込み易くなって、パージ処理によってインクが吸引（あるいは加圧）されると、気泡はインク流とともに速やかに圧力室２４及び貫通路２６を経てノズル２３から外部に排出されるのである。
【００４４】
上記実施形態では、インクジェットヘッドを、ノズル２３が下に向くように水平に配置し、連通孔２８から鉛直上方に気泡が浮上する場合について説明したが、ノズル２３が横向きあるいは上向きになるようにインクジェットヘッドを配置した場合でも、パージ処理によってインクが吸引（あるいは加圧）されると、同様にインクや気泡は流れるので、同じ効果が得られる。
【００４５】
このように、本実施形態では凹部５０を設けることで、インクに含まれる気泡を確実且つ簡単に排出できるので、ノズルからの吐出不良を未然に防ぐことができる。また、気泡を簡単に、即ち短時間で排出できるので、パージ処理において気泡とともに吐出されるインク量を抑制でき、インクの無駄な消費を防止できる。さらに、パージ処理に用いるポンプの圧力も低減できるため、ポンプの能力を低くして部品コストの削減も可能となる。
【００４６】
特に、本実施形態のように、キャビティユニット２０のプレートが金属製の場合には、インク流通路を構成するための凹所や貫通穴等は、ウエットエッチング法で加工されることが多い。ウエットエッチング法では、エッチングがプレートの板厚方向と同じ速度でプレートの面方向にも進行するから、板厚よりも小さい内径の凹所や貫通穴等の加工は極めて困難である。そのため、キャビティユニット２０全体の剛性を高めるために、連通孔２８が形成されているベースプレート３５の板厚Ｔ２を厚くすると、連通孔２８の半径Ｒ及び断面積Ｓ２も大きくならざるを得ない。一方、圧力室２４を有するキャビティティプレート３６は、アクチュエータの動作に伴う圧力室２４の断面積の変化率を大きくするために板厚Ｔ１が薄くなり、圧力室２４でのインクの流れに直角な断面は、扁平な形状となる。従って、これらの理由から、連通孔２８から圧力室の一端２４ａにかけて、略直角に曲がりながら、断面積が小さく且つ扁平に形成されてしまうことになるが、本発明のように、圧電アクチュエータ２１側に凹部５０を設けることで、圧力室２４や連通孔２８の設計形状を変更しなくても、気泡の除去を容易に行うことができるようになるのである。
【００４７】
上記実施形態では、アクチュエータとして圧電式のものを例示したが、連通孔と対向する位置に凹部５０を形成できるアクチュエータであればよく、静電気など他の駆動方式のものにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態のインクジェットヘッドの斜視図である。
【図２】インクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図３】図１のIII −III 線矢視断面図である。
【図４】キャビティユニットの要部の分解斜視図である。
【図５】（ａ）はキャビティユニットの要部の縦断面図、（ｂ）は圧電アクチュエータの下面図である。
【図６】（ａ）は図５（ａ）のＶＩａ−ＶＩａ線拡大断面図、（ｂ）は連通孔の模式的平面図、（ｃ）は図５（ａ）のＶＩｃ−ＶＩｃ線拡大断面図である。
【図７】（ａ）は凹部を超音波加工する状態を示す模式図、（ｂ）は凹部を凸型部材で形成する状態を示す模式図、（ｃ）は凹部を樹脂材料のパターンで形成する状態を示す模式図である。
【図８】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は従来のキャビティユニットのインクの流れを示す模式図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ インクジェットヘッド
２０ キャビティユニット
２１ 圧電アクチュエータ
２２ フレキシブルフラットケーブル
２３ ノズル
２４ 圧力室
２４ａ 一端部
２４ｂ 他端部
２５ 共通インク室
２６ 貫通路
２８ 連通孔
２９ 接続流路
３０ ノズルプレート
３５ ベースプレート
３６ キャビティプレート
５０ 凹部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッドに係り、特に、吐出圧力を受ける圧力室に連通孔を経てインクを供給するように構成されたキャビティユニットを有するインクジェットヘッド及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のインクジェットヘッドでは小型化が進められており、本出願人も、例えば、特許文献1に開示しているように、インクジェットヘッドにおいてインク流通路を内部に有するキャビティユニットを薄い複数枚のプレートを積層して構成することで、ヘッド全体の薄型化を図っている。
【０００３】
キャビティユニットの複数枚のプレートとしては、複数のノズルが穿設されたプレート、各ノズル毎の圧力室が形成されたプレート、インク供給源から供給されたインクを一旦溜める共通インク室が形成されたプレート、共通インク室のインクを各圧力室に分配するための連通孔（特許文献１では連通路３８と記載）が形成されたプレート等が備えられている。そして、前記圧力室に充填されたインクに吐出圧力を与えるアクチュエータが、前記圧力室を覆うようにキャビティユニットに積層されている。
【０００４】
このような薄型のキャビティユニットでは、キャビティユニット全体の厚み寸法を有効に利用して、吐出に必要なインク流通路を確保するために、インク流通路をキャビティユニットの内部において、プレートの積層方向（厚み方向）に貫通させたり、各プレートの面方向と平行に延ばしたりして構成している。具体的には、アクチュエータからの吐出圧力を受ける圧力室を、アクチュエータと対向する背面側のプレートに、ノズルを前面側のプレートに、共通インク室を積層方向の中間のプレートに、それぞれ配置している。そして、インクは、共通インク室に供給されたのち、図８（ａ）に模式的に図示しているように、プレートの積層方向に沿って連通孔２８を進んで圧力室２４の一端２４ａに達し、この圧力室２４の一端２４ａで流れる方向を略直角に屈曲させて、アクチュエータ２１の面に沿って圧力室２４の他端２４ｂへ進み、再びこの他端２４ｂで、流れる方向を略直角に屈曲させて、キャビティユニットの前面側に設けたノズルに至るように構成されている。
【特許文献１】特開２００５−４１０４７号公報（図４及び図５参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、インクジェットヘッドでは、キャビティユニットの内部のインクに気泡が混入すると、インクの吐出不良を引き起こすため、キャビティユニットのノズル側からインクを強制的に吸引（または加圧）して、インクとともに気泡を排出するメンテナンス（パージ処理）が行われる。
【０００６】
しかしながら、前述したように、インク流通路を略直角に屈曲させるように構成していると、この屈曲部分に気泡が停滞し、停滞した気泡は後から来た気泡と合体して大きな気泡に成長し易い。特に、圧力室は、インクに大きな吐出圧力を与えるためにはアクチュエータの動作に伴う断面積の変化率を大きくする必要があり、アクチュエータと対向する幅（図８（ｃ）の平面図においてＷ）が大きく、深さ（図８（ａ）において上下方向）が小さい扁平な断面形状であることが好ましい。また、連通孔が形成されるプレートは、キャビティユニット全体に剛性を与えるために、圧力室を形成するプレートよりも厚いプレートであることが好ましく、その厚さに対して小さい連通孔を穿設することが困難なので、連通孔はその厚さ程度の直径を有するものとなる。このため、図８（ｂ）に示すように、連通孔２８の内側にて大きく成長した気泡Ａは球形であるから、その気泡の直径よりも小さい深さの圧力室２４に入り込み難く、圧力室２４の天井面に停滞してしまう。その結果、圧力室２４側への流路の実質的な断面積が制限され、圧力室２４へのインク供給量が減少し、印字不良を生じることになる。
【０００７】
この気泡を除去するためには、インクに圧力をかけて連通孔２８から圧力室２４へ流れを生じさせるパージ処理を行う必要があるが、図８（ｃ）に示すように圧力室２４の幅Ｗが連通孔２８の直径Ｌよりも十分に大きいため、パージ処理によるインクの流れは圧力室２４の幅方向に逃げてしまい、気泡Ａを押すことができない。このため、気泡Ａの球形状を扁平形状に変形させる程の大きな圧力をインクにかけてパージ処理を行わないと、気泡を確実に除去することができず、パージ処理に伴うインクの無駄な吐出や、パージ処理用のポンプの大型化も招来するという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題を解消するものであり、キャビティユニットの連通孔から圧力室に、インクが略直角に屈曲しながら流入するように構成されているものにおいて、この屈曲部分に溜まる気泡の除去を容易且つ確実に行うことのできるインクジェットヘッド及びその製造方法の提供を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明におけるインクジェットヘッドは、インクを吐出する複数のノズル毎に対応して設けられた圧力室と、複数の圧力室にインクを分配するための共通インク室と、この共通インク室と前記圧力室とを接続する連通孔とが形成されているキャビティユニットと、このキャビティユニットに前記圧力室の一側を覆って装着されて前記圧力室に充填されたインクに吐出圧力を与えるアクチュエータとを備え、前記圧力室は前記連通孔と接続する一端から前記ノズルと接続する他端へ向け前記アクチュエータに沿ってインクを流すように形成され、且つ前記連通孔は前記圧力室でのインクの流れ方向と略直角でかつ前記アクチュエータと対向する方向に開口形成されて、前記連通孔を経たインクが前記圧力室の一端にて流れる方向を略直角に屈曲させるように構成されているインクジェットヘッドであって、前記連通孔に対応する前記アクチュエータの部位には、前記圧力室の一端におけるインクの流れに直角な方向の断面積を広げるように、前記圧力室毎に凹部が形成されていることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記キャビティユニットは、前記圧力室を形成するプレート、前記連通孔を形成するプレート、前記共通インク室を形成するプレートを積層して形成され、前記アクチュエータは、前記圧力室を形成するプレートに、前記連通孔を形成するプレートとは反対側に積層されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のインクジェットヘッドにおいて、インクの流れに直角な方向の断面のうち、前記圧力室の一端の断面が前記連通孔の断面よりも、断面積が小さく且つ扁平に形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１または２記載のインクジェットヘッドにおいて、前記アクチュエータに形成された凹部は、その内側が曲面形状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明におけるインクジェットヘッドの製造方法は、請求項１から４のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記アクチュエータは、圧電セラミックス素材を焼成して形成された圧電アクチュエータであり、前記凹部は、焼成後の圧電アクチュエータにおける圧電セラミックスを除去加工して形成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明におけるインクジェットヘッドの製造方法は、請求項１から４のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記アクチュエータは、圧電セラミックス素材のシートを積層し焼成により一体化して形成された圧電アクチュエータであり、前記凹部は、焼成前の圧電セラミックス素材のシート面における前記凹部が形成されるべき部位に、凸型部材による押圧で窪みを設けておくことにより形成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項７に記載の発明におけるインクジェットヘッドの製造方法は、請求項１から４のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記アクチュエータは、圧電セラミックス素材のシートを積層し焼成により一体化して形成された圧電アクチュエータであり、前記凹部は、焼成前の圧電セラミックス素材のシート面における前記凹部が形成されるべき部位に、樹脂材料をパターン形成し、前記焼成によって前記樹脂材料を除去させて形成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の発明によれば、圧力室の一端におけるインクの流れに直角な断面積を広げるようアクチュエータ側に凹部を設けて、この屈曲する部分の内部空間が広げられているから、連通孔から圧力室へインクが略直角に屈曲しながら流れ込むときに、気泡が通過し易くなる。その結果、仮に前記屈曲部分で引っ掛かった気泡が大きく成長していても、メンテナンス時に、気泡をインクとともにノズルから強制的に排出するようなパージ処理を行うと、気泡は容易に圧力室側に流れて外部に排出されるので、インクの吐出不良を未然に防止できる。
【００１７】
また、凹部はアクチュエータ側に設けられているので、連通孔や圧力室の設計形状を変更することなく、前記屈曲部分の内部空間を広げることができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、キャビティユニットは、それぞれにインク流通路が形成された複数のプレートが積層されているから、複雑で微細な形状のインク流通路を内部に有するキャビティユニットを容易に且つ薄型に構成することができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、連通孔から圧力室へインクが流入する前記屈曲部分では、屈曲の前後で断面積が小さくなるうえに、その断面形状もさらに扁平さを増すので、インク中で球形をなす気泡は、連通孔から圧力室へ極めて流入し難い構造となっているが、請求項１に記載したように凹部を設けることによって、前記連通孔及び圧力室の形状を変えなくても、気泡を圧力室へ流入し易くすることができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、凹部の内側が球面形状であるから、気泡が凹部の内側で引っ掛かり難くなるという効果を奏する。
【００２１】
請求項５に記載の発明によれば、アクチュエータとして圧電アクチュエータを用いているから、焼成された圧電セラミックスを除去加工することで、所望の形状の凹部を簡単に形成することができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明によれば、アクチュエータとして、圧電セラミックス素材のシート（一般的に、グリーンシートと呼ばれるもの）を用いて圧電アクチュエータを形成しており、焼成前の圧電セラミックス素材のシートは軟質であるから、このシートに対して、窪みの押圧形成が容易にでき、所望の形状の凹部を凸型部材によって簡単に形成することができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明によれば、アクチュエータとして、圧電セラミックス素材のシート（一般的に、グリーンシートと呼ばれるもの）を用いて圧電アクチュエータを形成しており、焼成前の圧電セラミックス素材のシートにおける凹部が形成される部位に、樹脂材料をパターン形成し、樹脂材料とともに、前記圧電セラミックス素材のシートを焼成して一体化すると、焼成工程で樹脂材料が除去されるから、焼成後には前記樹脂材料のパターンが凹部となって残る。従って、凹部の形状は、樹脂材料のパターンを変えるだけで設定でき、また、樹脂材料の除去も、前記焼成工程を利用することで、特別な工程を付加せずに行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明の基本的な実施形態を、図１〜図７を用いて説明する。
【００２５】
図１は、本発明の実施形態によるインクジェットヘッド１におけるキャビティユニット２０、圧電アクチュエータ２１、及びフレキシブルフラットケーブル２２の斜視図であり、複数枚のプレートからなるキャビティユニット２０にプレート型の圧電アクチュエータ２１が接合され、このプレート型の圧電アクチュエータ２１の上面に外部機器との接続のためのフレキシブルフラットケーブル２２が重ね接合されている。そして、キャビティユニット２０の下面側に開口されたノズル２３から、下向きにインクが吐出するものとする（図３参照）。
【００２６】
前記キャビティユニット２０は、図２に示すように、ノズルプレート３０、スペーサプレート３１、２枚のマニホールドプレート３３ａ、３３ｂ、サプライプレート３４、ベースプレート３５、及びキャビティプレート３６の合計７枚の薄い板をそれぞれ接着剤にて重ね接合した構造となっている。
【００２７】
実施形態では、各プレート３０〜３６は４０〜１５０μｍ程度の厚さを有し、ノズルプレート３０はポリイミド等の合成樹脂製で、その他のプレート３１〜３６は４２％ニッケル合金鋼板製である。前記ノズルプレート３０には、微小径（２５μｍ程度）のインク吐出用のノズル２３が微小間隔で多数個穿設されている。このノズル２３は、当該ノズルプレート３０における長辺方向（Ｘ方向）と平行な２列に配列されている。
【００２８】
また、前記キャビティプレート３６には、図２に示すように、複数の圧力室２４がキャビティプレート３６の長辺（前記Ｘ方向）と平行な２列に配列されている。実施形態では、前記各圧力室２４は、平面視細長形状でその長手方向がキャビティプレート３６の短辺方向（Ｙ方向）に沿うようにキャビティプレート３６の板厚を貫通して穿設されている。各圧力室２４の長手方向の一端２４ａには連通孔２８が接続され、この一端２４ａは連通孔２８及び接続流路２９を介して共通インク室２５と連通している。各圧力室２４の長手方向の他端２４ｂは、ベースプレート３５、サプライプレート３４と２枚のマニホールドプレート３３ａ、３３ｂ、及びスペーサプレート３１に穿設されている貫通路２６を介して、ノズルプレート３０における前記各ノズル２３に連通している。
【００２９】
圧力室２４は、図４に示すように、幅寸法Ｗ、深さ寸法Ｄを有しているが、前述したようにキャビティプレート３６の板厚を貫通して形成されているので、圧力室２４の深さ寸法Ｄは、キャビティプレート３６の厚み寸法Ｔ１と同じである。圧力室２４のインクの流れに直角な断面積Ｓ１は、前記幅寸法Ｗ、深さ寸法Ｄで決定される（図４及び図５（ａ）参照）。圧力室２４は、インクに大きな吐出圧力を与えるためにはアクチュエータの動作に伴う断面積の変化率を大きくする必要があり、Ｗ＞Ｄの関係に設定され、具体的には、幅寸法Ｗは、ほぼ２５０μｍ〜３００μｍ、深さ寸法Ｄは、ほぼ４０μｍ〜６０μｍである。
【００３０】
キャビティプレート３６の下面に隣接するベースプレート３５には、各圧力室２４の一端２４ａに接続する連通孔２８がそれぞれ穿設されており、連通孔２８では、アクチュエータ２１に向かうようにインクが流れる。ベースプレート３５は、キャビティユニット全体に剛性を与えるために、キャビティプレート３６よりも厚いプレート（厚み寸法Ｔ２）であることが好ましい。連通孔２８は、その厚さＴ２に対して小さいものを穿設することが困難なので、その厚さ程度の直径２Ｒを有するものとなる。具体的には、厚み寸法Ｔ２および直径２Ｒは、ともにほぼ１００μｍ〜１５０μｍである。連通孔２８は、図４に示すように、半径Ｒの平面視円形状で、インクの流れに直角な断面積がＳ２に形成されている。断面積Ｓ２は、圧力室２４の一端２４ａの断面積Ｓ１よりも大きく形成されている。
【００３１】
ベースプレート３５の下面に隣接するサプライプレート３４には、共通インク室２５から前記各圧力室２４へインクを供給するための接続流路２９が設けられる。そして各接続流路２９には、共通インク室２５からインクが入る入口孔と、連通孔２８と対向して開口する出口孔と、入口孔と出口孔との間にあって、接続流路２９中で最も大きな流路抵抗となるように断面積を小さくして形成された絞り部とが備えられている。接続流路２９の一端は共通インク室２５に、他端は連通孔２８を介して圧力室２４にそれぞれ連通している。この絞り部は、ノズル２３からインクを吐出させるために、圧力室２４が吐出圧力を受けたときに、共通インク室２５側へのインクの後退を防止し、効率よくインクをノズル２３側に前進させるために設けたものである。
【００３２】
２枚のマニホールドプレート３３ａ，３３ｂには、その長辺方向（Ｘ方向）に沿って長い２つの共通インク室２５が前記ノズル２３の各列に沿って延びるように板厚を貫通して形成されている。すなわち、図２及び図３に示すように、２枚のマニホールドプレート３３ａ、３３ｂを積層し、かつその上面をサプライプレート３４にて覆い、下面をスペーサプレート３１にて覆うことにより、合計２つの共通インク室（マニホールド室）２５が形成される。各共通インク室２５は、各プレートの積層方向から平面視したときに、前記圧力室２４の一部と重なって圧力室２４の列方向（ノズル２３の列方向）に沿って長く延びている。
【００３３】
また、図２に示すように、キャビティプレート３６、ベースプレート３５、及びサプライプレート３４の一方の短辺側の端部には、上下の位置を対応させて、それぞれ２つのインク供給口４０が穿設されている。インク供給源からのインクが、これらインク供給口４０から共通インク室２５の一端部に連通するようになっている。また、インク供給口４０には、フィルタ体４０ａが接着剤等で貼着されている。
【００３４】
キャビティユニット２０におけるインク流通路では、インクは、インク供給口４０から共通インク室２５に供給された後、図３に示すように、サプライプレート３４の接続流路２９及びベースプレート３５の連通孔２８を経由して各圧力室２４に分配供給される。そして、インクは各圧力室２４内から前記貫通路２６を通って、その圧力室２４に対応するノズル２３に至るという構成になっている。
【００３５】
一方、前記圧電アクチュエータ２１には、特開平４−３４１８５３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２４にわたる大きさを有する扁平形状で且つその扁平な方向と直交する方向に積層される複数のセラミックス層と、この複数のセラミックス層の扁平な方向の面上に配置される複数の電極層とが備えられている。ここでは、セラミックス粉末、バインダ、溶剤を混合したものを１枚の厚さが３０μｍ程度になるように扁平に成形した圧電セラミックス素材のシート（グリーンシート）の複数枚のうち適数枚のシート面に導電性ペーストで電極層を印刷法等によって形成し、その複数枚のグリーンシートを積層して焼成することで、圧電アクチュエータ２１を形成している。これにより、各グリーンシートは、焼結体のセラミックス層となる。
【００３６】
電極層としては、圧力室２４毎に形成される個別電極の電極層と、複数の圧力室２４に跨って形成されるコモン電極の電極層とがセラミックス層の積層方向に対をなす駆動用電極の層と、最上面に配置されフレキシブルフラットケーブル２２と電気的に接続される表面電極４６の層とが設けられている（図１参照）。このように電極層が設けられた圧電アクチュエータ２１では、公知のように個別電極とコモン電極との間に高電圧を印加することで、両電極に挟まれたセラミックス層の部分が分極され、活性部として形成される。
【００３７】
このように形成された圧電アクチュエータ２１は、個別電極を圧力室２４に対応させて各圧力室２４を覆ってキャビティプレート３６上に固着される。個別電極とコモン電極との間に駆動電圧を選択的に印加することで、両電極に挟まれたセラミックス層の部分が変形して、圧力室２４に容積変化を生じさせる。その結果、圧力室内のインクに吐出圧力を与え、インクをノズル２３から吐出させる。
【００３８】
圧電アクチュエータ２１には、前記圧力室２４の一端２４ａにおけるインクの流れ方向に略直角な方向の断面積Ｓ１を広げるように、圧力室２４毎に、連通孔２８と対向する圧電アクチュエータの面に凹部５０が形成されている（図５（ａ）（ｂ）及び、図６（ｃ）参照）。この凹部５０は、平面視（各プレートの広幅面と直角な方向）において連通孔２８の上端開口部よりも大きく形成され、圧力室２４の底面と一部重なって他端２４ｂ側へ向け連通孔２８からはみ出して形成されている。凹部５０の天井面は、圧力室２４の他端２４ｂ側へ向け連続的あるいは段階的に下降する形状に形成され、連通孔２８の断面積Ｓ２から圧力室２４の一端２４ａをへて他端２４ｂ側へ向かうインク流に直角な断面積が急激に変化することのないようにしている。この実施形態では、凹部５０は、球面の一部となっており、凹部５０は圧電アクチュエータ２１の内部の電極に干渉しない位置に設けられている。
【００３９】
この凹部５０の製造方法としては、前述した圧電アクチュエータ２１が、圧電セラミックス素材のシートを積層して焼成し一体形成された後に、図７（ａ）に示すように、焼結体のセラミックスの前記凹部５０が形成されるべき部位を、除去加工して形成することができる。加工方法として、レーザ加工あるいは超音波加工等が適用できる。図７（ａ）では、超音波加工用の工具５３を、セラミックス層の表面に当接させている状態を模式的に図示している。
【００４０】
凹部５０の他の製造方法としては、図７（ｂ）に示すように、圧電アクチュエータ２１が焼成される前であって、圧電セラミックス素材のグリーンシート５４を積層した状態（シート面が柔らかい状態）において、凸型部材５１で押圧して窪みを設け、その後に焼成することで、圧電アクチュエータ２１に凹部５０を形成してもよい。
【００４１】
凹部５０のさらに他の製造方法としては、図７（ｃ）に示すように、前述と同様の、圧電アクチュエータ２１が焼成される前であって、圧電セラミックス素材のグリーンシート５４を積層した状態（シート面が柔らかい状態）において、樹脂材料５２の略球状のパターンを押圧しながら形成し、その後にこの樹脂材料５２を除去して製造してもよい。グリーンシート５４は柔らかいので、樹脂材料５２をパターン形成する際に押圧することで、簡単に窪みを作り、同時にこの窪みに樹脂材料５２を埋設させることができる。樹脂材料５２の蒸発温度は、一般的に、グリーンシート５４の焼成温度よりも低いので、積層されたグリーンシート５４を焼成して一体化し圧電アクチュエータ２１を形成する工程で、樹脂材料５２は蒸発により除去され、前記窪みが凹部５０として残る。この方法では、樹脂材料５２の除去にグリーンシート５４の焼成工程を利用しているから、特別な除去工程を付加する必要がない。
【００４２】
このように構成されたインクジェットヘッド１では、前述のように圧力室２４に流れ込むインクは、連通孔２８を上昇して圧電アクチュエータ２１に当たって略直角に向きを変え、圧力室２４の一端２４ａから圧力室２４の他端に向けて流れる。このとき、圧力室２４の一端２４ａの断面積Ｓ１は、連通孔２８の断面積Ｓ２よりも小さく、かつ圧力室の深さ寸法Ｄが連通孔２８の直径２Ｒよりも十分に小さいから、連通孔２８の内側で気泡が、深さ寸法Ｄよりも大きく成長すると、凹部５０を設けない従来の状態では、気泡は、連通孔２８の内壁に内接した状態で留まり、そのまま安定的に保たれるので、圧力室２４への流入が困難となり、パージ処理に際して大きな圧力をかけても、排出することができない。
【００４３】
しかしながら、本実施形態では、圧力室２４の一端２４ａに対応する圧電アクチュエータ２１の部位に凹部５０が形成されている。従って、連通孔２８から圧力室２４へインクが屈曲して流れ込む部位において、断面積の急激な変化が緩和されることと、さらに、凹部５０の天井面が、圧力室２４の一端２４ａの断面積をすぼめるように下降していることで、気泡が連通孔２８から圧力室２４へ変形しながら流れ込み易くなって、パージ処理によってインクが吸引（あるいは加圧）されると、気泡はインク流とともに速やかに圧力室２４及び貫通路２６を経てノズル２３から外部に排出されるのである。
【００４４】
上記実施形態では、インクジェットヘッドを、ノズル２３が下に向くように水平に配置し、連通孔２８から鉛直上方に気泡が浮上する場合について説明したが、ノズル２３が横向きあるいは上向きになるようにインクジェットヘッドを配置した場合でも、パージ処理によってインクが吸引（あるいは加圧）されると、同様にインクや気泡は流れるので、同じ効果が得られる。
【００４５】
このように、本実施形態では凹部５０を設けることで、インクに含まれる気泡を確実且つ簡単に排出できるので、ノズルからの吐出不良を未然に防ぐことができる。また、気泡を簡単に、即ち短時間で排出できるので、パージ処理において気泡とともに吐出されるインク量を抑制でき、インクの無駄な消費を防止できる。さらに、パージ処理に用いるポンプの圧力も低減できるため、ポンプの能力を低くして部品コストの削減も可能となる。
【００４６】
特に、本実施形態のように、キャビティユニット２０のプレートが金属製の場合には、インク流通路を構成するための凹所や貫通穴等は、ウエットエッチング法で加工されることが多い。ウエットエッチング法では、エッチングがプレートの板厚方向と同じ速度でプレートの面方向にも進行するから、板厚よりも小さい内径の凹所や貫通穴等の加工は極めて困難である。そのため、キャビティユニット２０全体の剛性を高めるために、連通孔２８が形成されているベースプレート３５の板厚Ｔ２を厚くすると、連通孔２８の半径Ｒ及び断面積Ｓ２も大きくならざるを得ない。一方、圧力室２４を有するキャビティティプレート３６は、アクチュエータの動作に伴う圧力室２４の断面積の変化率を大きくするために板厚Ｔ１が薄くなり、圧力室２４でのインクの流れに直角な断面は、扁平な形状となる。従って、これらの理由から、連通孔２８から圧力室の一端２４ａにかけて、略直角に曲がりながら、断面積が小さく且つ扁平に形成されてしまうことになるが、本発明のように、圧電アクチュエータ２１側に凹部５０を設けることで、圧力室２４や連通孔２８の設計形状を変更しなくても、気泡の除去を容易に行うことができるようになるのである。
【００４７】
上記実施形態では、アクチュエータとして圧電式のものを例示したが、連通孔と対向する位置に凹部５０を形成できるアクチュエータであればよく、静電気など他の駆動方式のものにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態のインクジェットヘッドの斜視図である。
【図２】インクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図３】図１のIII −III 線矢視断面図である。
【図４】キャビティユニットの要部の分解斜視図である。
【図５】（ａ）はキャビティユニットの要部の縦断面図、（ｂ）は圧電アクチュエータの下面図である。
【図６】（ａ）は図５（ａ）のＶＩａ−ＶＩａ線拡大断面図、（ｂ）は連通孔の模式的平面図、（ｃ）は図５（ａ）のＶＩｃ−ＶＩｃ線拡大断面図である。
【図７】（ａ）は凹部を超音波加工する状態を示す模式図、（ｂ）は凹部を凸型部材で形成する状態を示す模式図、（ｃ）は凹部を樹脂材料のパターンで形成する状態を示す模式図である。
【図８】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は従来のキャビティユニットのインクの流れを示す模式図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ インクジェットヘッド
２０ キャビティユニット
２１ 圧電アクチュエータ
２２ フレキシブルフラットケーブル
２３ ノズル
２４ 圧力室
２４ａ 一端部
２４ｂ 他端部
２５ 共通インク室
２６ 貫通路
２８ 連通孔
２９ 接続流路
３０ ノズルプレート
３５ ベースプレート
３６ キャビティプレート
５０ 凹部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出する複数のノズル毎に対応して設けられた圧力室と、複数の圧力室にインクを分配するための共通インク室と、この共通インク室と前記圧力室とを接続する連通孔とが形成されているキャビティユニットと、このキャビティユニットに前記圧力室の一側を覆って装着されて前記圧力室に充填されたインクに吐出圧力を与えるアクチュエータとを備え、
前記圧力室は前記連通孔と接続する一端から前記ノズルと接続する他端へ向け前記アクチュエータに沿ってインクを流すように形成され、且つ前記連通孔は前記圧力室でのインクの流れ方向と略直角でかつ前記アクチュエータと対向する方向に開口形成されて、前記連通孔を経たインクが前記圧力室の一端にて流れる方向を略直角に屈曲させるように構成されているインクジェットヘッドであって、
前記連通孔に対応する前記アクチュエータの部位には、前記圧力室の一端におけるインクの流れに直角な方向の断面積を広げるように、前記圧力室毎に凹部が形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記キャビティユニットは、前記圧力室を形成するプレート、前記連通孔を形成するプレート、前記共通インク室を形成するプレートを積層して形成され、前記アクチュエータは、前記圧力室を形成するプレートに、前記連通孔を形成するプレートとは反対側に積層されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
インクの流れに直角な方向の断面のうち、前記圧力室の一端の断面が前記連通孔の断面よりも、断面積が小さく且つ扁平に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記アクチュエータに形成された凹部は、その内側が曲面形状に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記アクチュエータは、圧電セラミックス素材を焼成して形成された圧電アクチュエータであり、前記凹部は、焼成後の圧電アクチュエータにおける圧電セラミックスを除去加工して形成されていることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項６】
請求項１から４のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記アクチュエータは、圧電セラミックス素材のシートを積層し焼成により一体化して形成された圧電アクチュエータであり、前記凹部は、焼成前の圧電セラミックス素材のシート面における前記凹部が形成されるべき部位に、凸型部材による押圧で窪みを設けておくことにより形成されていることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項７】
請求項１から４のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記アクチュエータは、圧電セラミックス素材のシートを積層し焼成により一体化して形成された圧電アクチュエータであり、前記凹部は、焼成前の圧電セラミックス素材のシート面における前記凹部が形成されるべき部位に、樹脂材料をパターン形成し、前記焼成によって前記樹脂材料を除去させて形成されていることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１】
インクを吐出する複数のノズル毎に対応して設けられた圧力室と、複数の圧力室にインクを分配するための共通インク室と、この共通インク室と前記圧力室とを接続する連通孔とが形成されているキャビティユニットと、このキャビティユニットに前記圧力室の一側を覆って装着されて前記圧力室に充填されたインクに吐出圧力を与えるアクチュエータとを備え、
前記圧力室は前記連通孔と接続する一端から前記ノズルと接続する他端へ向け前記アクチュエータに沿ってインクを流すように形成され、且つ前記連通孔は前記圧力室でのインクの流れ方向と略直角でかつ前記アクチュエータと対向する方向に開口形成されて、前記連通孔を経たインクが前記圧力室の一端にて流れる方向を略直角に屈曲させるように構成されているインクジェットヘッドであって、
前記連通孔に対応する前記アクチュエータの部位には、前記圧力室の一端におけるインクの流れに直角な方向の断面積を広げるように、前記圧力室毎に凹部が形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記キャビティユニットは、前記圧力室を形成するプレート、前記連通孔を形成するプレート、前記共通インク室を形成するプレートを積層して形成され、前記アクチュエータは、前記圧力室を形成するプレートに、前記連通孔を形成するプレートとは反対側に積層されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
インクの流れに直角な方向の断面のうち、前記圧力室の一端の断面が前記連通孔の断面よりも、断面積が小さく且つ扁平に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記アクチュエータに形成された凹部は、その内側が曲面形状に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記アクチュエータは、圧電セラミックス素材を焼成して形成された圧電アクチュエータであり、前記凹部は、焼成後の圧電アクチュエータにおける圧電セラミックスを除去加工して形成されていることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項６】
請求項１から４のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記アクチュエータは、圧電セラミックス素材のシートを積層し焼成により一体化して形成された圧電アクチュエータであり、前記凹部は、焼成前の圧電セラミックス素材のシート面における前記凹部が形成されるべき部位に、凸型部材による押圧で窪みを設けておくことにより形成されていることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項７】
請求項１から４のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記アクチュエータは、圧電セラミックス素材のシートを積層し焼成により一体化して形成された圧電アクチュエータであり、前記凹部は、焼成前の圧電セラミックス素材のシート面における前記凹部が形成されるべき部位に、樹脂材料をパターン形成し、前記焼成によって前記樹脂材料を除去させて形成されていることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−１０６０１６（Ｐ２００７−１０６０１６Ａ）
【公開日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３００１１１（Ｐ２００５−３００１１１）
【出願日】平成１７年１０月１４日（２００５．１０．１４）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月１４日（２００５．１０．１４）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
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