(57)【要約】【課題】液体を効率的に吐出対象物に着弾させることが可能な液体噴射ヘッド、液体噴射ヘッドの製造方法、及び、金属板の製造方法を提供する。【解決手段】ノズル開口１０を複数個列設したノズル列を複数並べて形成したノズルプレート１３と、前記ノズル開口に連通するように設けられた圧力室１７を形成した流路形成基板１２と、前記圧力発生室に圧力変動を与える圧電振動子１８と、を備えた記録ヘッド１であって、前記ノズル形成部材には、前記圧力室毎に複数の前記ノズル開口から構成されるノズル開口群２３を形成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル開口を複数個列設したノズル列を複数並べて形成したノズル形成部材と、
前記ノズル開口に連通するように設けられた圧力発生室を形成した流路形成基板と、
前記圧力発生室に圧力変動を与える圧力発生素子と、を備えた液体噴射ヘッドであって、
前記ノズル形成部材には、前記圧力発生室毎に複数の前記ノズル開口から構成されるノズル開口群が形成されたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記ノズル開口群を形成する各前記ノズル開口の形状が矩形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。
【請求項３】
ノズル開口を複数個列設したノズル列を複数並べて形成したノズル形成部材と、
前記ノズル開口に連通するように設けられた圧力発生室を形成した流路形成基板と、
前記圧力発生室に圧力変動を与える圧力発生素子と、を備えた液体噴射ヘッドの製造方法であって、
先端面に溝を形成して当該先端を複数に分割した分割パンチを、前記ノズル形成部材に打ち込んで、各前記圧力発生室に対応する位置に複数の前記ノズル開口を同時に開設して複数の前記ノズル開口から構成されるノズル開口群を形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項４】
金属板にパンチを打ち込んで、孔を開設する金属板の製造方法であって、
先端面に溝を形成して当該先端を複数に分割した分割パンチを、前記金属板に打ち込んで、当該金属板に複数の孔を同時に開設することを特徴とする金属板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体噴射ヘッド、液体噴射ヘッドの製造方法、及び、金属板の製造方法に係り、特に、微細な貫通孔を開設した液体噴射ヘッド用ノズルプレートを作製するのに適したものである。
【背景技術】
【０００２】
圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴として吐出させる液体噴射ヘッドとしては、例えば、インクジェット式記録装置（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（以下、単に記録ヘッドという）、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等がある。
【０００３】
例えば、上記の記録ヘッドは、中空状の圧力発生室を封止する弾性板に圧力発生素子を接合し、圧力発生素子を該圧力発生素子の長手方向に振動させることで、圧力発生室に圧力変動を与え、圧力発生室と連通したノズル開口から圧力発生室内の液体を吐出させている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１０３７６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、この種のプリンタは、吐出対象物（記録紙）への画質の向上や、記録（印字）速度の向上が求められている。しかしながら、吐出する液滴の径を大きくすると、広い面積を大きなドットで埋めることができる反面、液滴の粒状感が生じてしまうため、画質が低下する虞があった。一方、吐出する液滴の径を小さくすると、印刷速度を低下させる虞があった。
【０００６】
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、液体を効率的に吐出対象物に着弾させることが可能な液体噴射ヘッド、液体噴射ヘッドの製造方法、及び、金属板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の液体噴射ヘッドは、ノズル開口を複数個列設したノズル列を複数並べて形成したノズル形成部材と、
前記ノズル開口に連通するように設けられた圧力発生室を形成した流路形成基板と、
前記圧力発生室に圧力変動を与える圧力発生素子と、を備えた液体噴射ヘッドであって、
前記ノズル形成部材には、前記圧力発生室毎に複数の前記ノズル開口から構成されるノズル開口群が形成されたことを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、ノズル形成部材には、圧力発生室毎に複数のノズル開口から構成されるノズル開口群が形成されているので、ノズル開口群を構成する各ノズル開口から液滴を同時に吐出させることができ、吐出対象物への画質を向上させると共に、従来よりも少ない液体量で噴射対象物上の所定の領域を効率良くドットで埋めることができる。これにより、液体の消費を従来よりも抑えることができ、その結果、例えば、水分による記録紙の歪みや記録画像の滲みを抑制することが可能となる。
【０００９】
上記構成において、前記ノズル開口群を形成する各前記ノズル開口の形状が矩形であることが望ましい。
【００１０】
上記構成によれば、ノズル開口が断面矩形状に形成され、丸型のノズル開口に比べて、隣り合うノズル開口同士を密に配置することができるので、ノズル開口の開口面積を稼ぐことができる。その結果、ノズル開口から液滴を吐出させるときの印字領域を広げることができ、液体の吐出性を向上させることができる。
【００１１】
また、本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、ノズル開口を複数個列設したノズル列を複数並べて形成したノズル形成部材と、
前記ノズル開口に連通するように設けられた圧力発生室を形成した流路形成基板と、
前記圧力発生室に圧力変動を与える圧力発生素子と、を備えた液体噴射ヘッドの製造方法であって、
先端面に溝を形成して当該先端を複数に分割した分割パンチを、前記ノズル形成部材に打ち込んで、各前記圧力発生室に対応する位置に複数の前記ノズル開口を同時に開設して複数の前記ノズル開口から構成されるノズル開口群を形成することを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、パンチの先端面に溝を形成して当該先端を複数に分割した分割パンチを形成したので、分割パンチを金属板に打ち込むと、金属板に複数の孔を同時に開設することができ、孔を効率良く開設することができる。また、パンチに溝を切削するだけで分割パンチを形成できるため、既存のパンチを加工して使用することができる。
【００１３】
また、本発明の金属板の製造方法は、金属板にパンチを打ち込んで、孔を開設する金属板の製造方法であって、
先端面に溝を形成して当該先端を複数に分割した分割パンチを、前記金属板に打ち込んで、当該金属板に複数の孔を同時に開設することを特徴とする。
【００１４】
上記構成によれば、先端面に溝を形成して当該先端を複数に分割した分割パンチを金属板に打ち込むので、分割パンチをパンチの先端に多数設けることができ、金属板に多数の孔を同時に開設することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下の説明では、本発明において被加工材である金属板材として、インクジェット式記録装置に搭載されるインクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッドの一種。以下、単に記録ヘッド１という。）に用いられるノズルプレート（本発明におけるノズル形成部材に相当）を例示する。
【００１６】
まず、記録ヘッド１の構成について説明する。
図１は、記録ヘッド１の構成を説明する要部の断面図である。この記録ヘッド１は、インク導入針２、フィルタ３、及び導入針ユニット４等からなるフィルタアッセンブリ５と、ヘッドケース６、その内部に収納した振動子ユニット７、及び、流路ユニット８等からなるヘッドユニット９とを備えて概略構成されている。そして、記録ヘッド１の内部には、液体供給源の一種であるインクカートリッジから流路ユニット８のノズル開口１０に至るまでの一連のインク流路（液体流路の一種）が形成されている。
【００１７】
図２は、本実施形態における流路ユニット８の構成を説明する分解斜視図である。この流路ユニット８は、流路形成基板１２の一方の面にノズルプレート１３を、流路形成基板１２の他方の面に振動板１１を、それぞれ接合して一体化することにより作製されており、振動板１１、流路形成基板１２、及びノズルプレート１３を順次積層した状態でケースヘッド６の先端面に接合されている。
【００１８】
振動板１１は、流路形成基板１２とヘッドケース６との間に配置される板材であり、ステンレス鋼等の金属製の支持板２１上に弾性フィルム２２をラミネート加工した二重構造の複合板である。この振動板１１の圧力室１７に対応する部分には、エッチングなどによって支持板２１を環状に除去することで、圧電振動子１８（本発明における圧力発生素子に相当）の自由端の先端面を接合するための島部１９が形成されており、この部分はダイヤフラム部として機能する。即ち、この振動板１１は、圧電振動子１８の作動に応じて島部１９の周囲の弾性フィルム２２が弾性変形するように構成されている。また、この振動板１１は、流路形成基板１２の共通インク室１５の開口面を封止してコンプライアンス部２０としても機能する。このコンプライアンス部２０に相当する部分についてはダイヤフラム部と同様にエッチングなどにより支持板２１を除去して弾性フィルム２２だけにしている。
【００１９】
本実施形態における圧電振動子１８は、電界方向に直交する方向に変位する所謂縦振動モードの圧電振動子であり、駆動信号が供給されると圧電体及び電極の積層方向とは直交する方向に変位（伸縮）する。また、各圧電振動子１８は、流路ユニット８の圧力室１７の形成ピッチと同じピッチで切り分けられており、１つの圧力室１７（図３参照）に対して１つずつ対応するように構成されている。
【００２０】
流路形成基板１２は、ノズルプレート１３と振動板１１との間に配置される部材であり、共通液体室の一種である共通インク室１５、インク供給口１６、圧力室１７（本発明における圧力発生室に相当）ノズル連通口１４等のインク流路となる空部が区画形成されている。流路形成基板１２は、例えば、シリコンウェハーをエッチング処理することによって作製される。そして、前記した空部は、ノズルプレート１３及び振動板１１によりそれぞれ開口面が封止される。
【００２１】
圧力室１７は、ノズル開口１０の列設方向（ノズル列方向）に対して直交する方向（副走査方向）に細長い室として形成されている。この圧力室１７は、流路形成基板１２において副走査方向に複数列設されており、圧力室１７同士は、区画壁２６によって区画されている。そして、この圧力室１７は、一端がインク供給口１６に連通すると共に、他端はノズル連通口１４を通じてノズルプレート１３のノズル開口１０に連通するように構成されている。また、共通インク室１５は、インクカートリッジやサブタンク等のインク供給源からのインクが導入される室である。そして、この共通インク室１５に導入されたインクは、インク供給口１６を通じて各圧力室１７に分配供給される。即ち、流路ユニット８は、図１に示すように、共通インク室１５から、インク供給口１６、圧力室１７、及びノズル開口１０に至るまでの一連のインク流路を形成する。
【００２２】
上記ノズルプレート１３は、副走査方向に、断面四角形状の複数のノズル開口１０からなるノズルセット２３（本発明におけるノズル開口群に相当）を列状に穿設した金属製の薄いプレートである。本実施形態では、このノズルプレート１３をステンレス製の板材によって構成し、ノズルセット２３の列（ノズル列）を複数平行に設けている。１つのノズルセット２３は、本実施形態では、副走査方向及び主走査方向に隣り合って田字状となるように、４つのノズル開口１０の組を配置するように構成されている。これらのノズル開口１０は、矩形状に形成され、ノズルセット２３を構成するノズル開口１０は、対向するノズル開口１０の辺同士が互いに平行になるように配置されている。即ち、ノズルセット２３を構成するノズル開口１０は、互いに密になるように配置されている。このノズルプレート１３の作製方法については、後で詳説する。
【００２３】
また、本実施形態においては、ノズルプレート１３を厚さ方向の途中まで窪ませて、同一ノズルセット２３を構成する各ノズル開口１０に共通な平面視楕円形状の凹状部２４をノズルセット２３毎に形成している。そして、この凹状部２４の底部に各ノズル開口１０をそれぞれ開設している。つまり、凹状部２４は、同一ノズルセットを構成する各ノズル開口を含めるように形成されている。この凹状部２４の底部における板厚は周囲の板厚に比べて薄いので、この凹状部２４の底部にノズル開口１０を開設することにより、その際の塑性加工に用いられる後述するパンチ３６への負荷が軽減され、パンチ３６の座屈等を防止することができる。また、凹状部２４は、同一ノズルセット２３を構成する各ノズル開口１０に共通となっているため、ノズル開口毎に凹状部を形成する構成と比較して加工が容易であり、また、これを形成するためのパンチ３６の強度を確保することができる。
【００２４】
図３は、本実施形態における流路形成基板１２の構成を説明する要部平面図である。図４は、流路ユニット８の構成を説明する図であり、図３中のＩＶ−ＩＶ線断面図である。図３に示すように、本実施形態では、隣り合う４つのノズル開口１０によって１つのノズルセット２３が構成され、このノズルセット２３が副走査方向に配列されている。
【００２５】
図４に示すように、振動板１１の島部１９と振動子ユニット７の圧電振動子１８と圧力室１７とは、ノズルセット２３に対して１対１に設けられている。そして、ノズルセット２３は、１つの圧力室１７に対して１セットずつ配置されている。このノズルセット２３に対応した各圧力室１７同士は、図３に示すように、区画壁２６によって区画されている。この様に、各圧力室１７に対応して複数のノズル開口１０の組となるノズルセット２３を配置することで、従来の様に、１つのノズル開口１０に対して１つずつ圧力室１７を設ける必要が無くなる。すなわち、同じ個数のノズル開口１０で構成したノズル群においては、圧力発生室とノズル開口を１対１に対応させる従来の構成と比較して、これらのノズル開口１０に対応した圧力室１７の数を減らすこと（半減）ができる。若しくは、圧電振動子１８や圧力室１７の個数を増やすことなく、ノズル開口１０の個数を増やすこと（倍増）ができる。本実施形態においては、一つのノズル列が７２０個のノズル開口１０で構成されているのに対し、これらのノズル開口１０に対応した圧力室１７は、その１／４の１８０個で構成される。これにより、各圧力室１７同士を区画する区画壁２６を、圧力室１７をノズル開口１０と同じ数だけ設ける従来構成に比較して、厚くすることができる。この結果、区画壁２６の剛性を従来構成の場合よりも高めることができ、隣り合う各圧力室１７の吐出動作によって発生する圧力波の影響を防止することができる。このことから、クロストークを防止でき、吐出特性を安定させることができる。
【００２６】
前記した構成からなる記録ヘッド１は、圧電振動子１８の作動により圧力室１７内に圧力変動を与えると、インクカートリッジからインク流路を介して圧力室１７内に導入したインクをノズル開口１０からインク滴として吐出することができ、このインク滴を記録媒体である記録紙等に着弾することにより画像等を記録することができる。
【００２７】
次に、本発明に係るパンチを備えたプレス装置３０の塑性加工によりノズルプレート１３を作製する方法を、図５〜図７に基づいて説明する。図５は、プレス装置３０の構成を説明する要部断面図である。
プレス装置３０は、ノズルプレート１３の材料である金属板（板材）３１（図５中に破線で示す）を載せるダイ３２と、ラム（図示せず）の下面に取り付けるパンチプレート３３と、このパンチプレート３３の下にスプリングやエラストマ等の弾性材（図示せず）を介してパンチプレート３３に対して上下動可能な状態で設けた押圧盤３５と、パンチプレート３３に基端を固定して下向きに設けられたパンチ３６と、から概略構成している。ダイ３２には、パンチ３６の先端面５１と対向する位置にその表面から凹状に形成されたバーリング形成穴３７が設けられている。押圧盤３５は、パンチ３６の径よりも大きい貫通ガイド孔４２が形成されており、その貫通ガイド孔４２内に、パンチ３６の途中から先端までの部分を挿通させる。
【００２８】
パンチ３６は、図６及び７に示すように、パンチングプレート３３（基端）側のパンチ本体４５と、パンチ本体４５の先端側の端部に連なるテーパ部４６と、テーパ部４６の先端に配された円柱状の小径ストレート部４７と、を備えている。パンチ本体４５は、外径が２０〜３０μｍで、パンチ３６の打ち込み方向（即ち、パンチの軸方向であり、図５，６中に矢印Ｋで示す）に沿った円柱形に形成されている。テーパ部４６は、矢印Ｋ（先端側）に向かうに従って徐々に外径が細くなった略円錐形に形成されている。小径ストレート部４７は、矢印Ｋに沿って延びた円柱状に形成され、図６に示すように、先端側に、分割された複数の分割パンチ５０が設けられている。分割パンチ５０は、矢印Ｋに沿って延びた角柱状（１辺が約４μｍ）をなしており、それぞれの先端面５１が平坦になるように形成されている。
【００２９】
それぞれの分割パンチ５０は、その先端面５１に切削されて設けられた溝４８によって隔てられている。溝４８は、幅が約４μｍで、深さがノズルプレートの板厚とほぼ同じ１０〜１５μｍである。本実施形態の溝４８は、パンチ３６の軸芯上で互いに交差した一対の溝４８ａ，４８ｂが設けられている。即ち、これらの溝４８ａ，４８ｂによって、分割パンチ５０は、４つに分割されている。なお、溝４８ａ，４８ｂの数は２本に限定されずに、１本の場合は、分割パンチが２つ形成され、また、２本よりも多い場合は、分割パンチがさらに細かく分割形成される。さらに、溝４８ａ，４８ｂは、切削によって設けても、放電加工によって形成しても良い。
【００３０】
また、分割パンチ５０は、４本それぞれが同じ四角形断面となるように成形されている。即ち、分割パンチ５０は、外側の側面に、欠截部４９が設けられている。欠截部４９は、溝４８ａに対して平行に形成された欠截部４９ａと、溝４８ｂに対して平行に形成された欠截部４９ｂとが、互いに直交した方向に延びている。
【００３１】
そして、前記した構成からなるプレス装置３０を使用してパンチング加工（工程）を行う場合について説明する。なお、ダイはプレス装置３０の図示しないボルスタ等の支持盤上に固定され、パンチングプレート３３はラムの下面に固定され、ダイとパンチングプレート３３（パンチ３６）との相対位置やパンチ３６の下死点調整などの型調整はすべて終了していることとする。
【００３２】
まず、ダイ３２の上に金属板３１を所定位置に載せ、図５に示すように、バーリング形成穴３７とパンチ３６の先端面５１とが対向した状態でパンチングプレート３３を下降させる。すると、押圧盤３５の下面が、金属板３１の表面に当接して、その後、弾性材の付勢力に抗しながらパンチングプレート３３をさらに下方に押し下げると、押圧盤３５の貫通ガイド孔４２に案内されて、パンチ３６が分割パンチ５０の長手方向の途中まで矢印Ｋに沿って金属板３１に押し込まれ、これにより金属板３１に孔（ノズルセット２３を構成するノズル開口１０）が形成される。この際に、本実施形態の分割パンチ５０は、パンチ３６の先端に４つ設けられているために、金属板３１には４つのノズル開口１０が同時に形成される。こうして、金属板３１には、それぞれ分割パンチ５０の外形と同形の四角形状のノズル開口１０が形成される。なお、分割パンチ５０同士は直交した溝４８ａ，４８ｂによって隔てられているため、ノズルセット２３を構成するノズル開口１０は、それぞれが矩形状に形成されると共に、ノズル開口１０の対向する辺同士が互いに平行になるように配置される。
【００３３】
なお、パンチ３６が下死点まで下降して金属板３１にノズル開口１０を形成すると、その後は上昇に転じる。そして、ラムの上昇に伴ってパンチングプレート３３が上昇すると、弾性材の復元により押圧盤３５がパンチングプレート３３よりも少し遅れて上昇を開始し、金属板３１の表面から離隔して上死点まで上昇する。これで打ち抜きの一工程を終了する。
【００３４】
そして、次の工程のために金属板３１をフィーダーにより所定のピッチだけ移動する。この移動が終了したならば、前記したパンチング工程を再度繰り返すことにより金属板３１に次のノズルセット２３を所定のピッチで開設することができ、これらの操作を繰り返すと、金属板３１にノズルセット２３を所定のピッチで順次開設することができる。こうして、ノズル開口１０が開設されたノズルプレート１３が作製される。
【００３５】
このように、上記パンチ３６では、パンチ３６の先端面５１に溝４８ａ，４８ｂを設けることで、当該先端を複数に分割した分割パンチ５０を形成したので、分割パンチ５０を金属板３１に打ち込むと、金属板３１に複数の孔（ノズル開口１０）を同時に開設することができ、孔の開設を効率良く行うことができる。また、パンチ３６に溝４８ａ，４８ｂを形成するだけで分割パンチ５０を形成できるため、既存のパンチを加工して使用することができる。
【００３６】
また、上記ノズルプレート１３は、ノズルセット２３を構成するノズル開口１０を矩形状に形成し、このノズル開口１０のうち対向するノズル開口１０の辺同士を互いに平行になるように配置するので、ノズルセット２３を構成するノズル開口１０同士を密に配置することができ、ノズル開口１０からインク滴を吐出させたときの印字領域を広げることができる。
【００３７】
また、上記記録ヘッド１では、圧力室１７毎にノズルセット２３、即ち複数のノズル開口１０が配され、これらのノズル開口１０からインク滴を同時に吐出させるので、吐出対象物としての記録紙などへの画質を向上させると共に、従来よりも少ないインク量で記録紙上の所定の領域を効率良くドットで埋めることができる。これにより、インクの消費を従来よりも抑えることができ、その結果、例えば、水分による記録紙の歪みや記録画像の滲みを抑制することが可能となる。また、ノズル開口１０が断面矩形（四角形）状に形成されるために、丸型のノズル開口に比べて、ノズル開口におけるインクのメニスカス領域（ノズル開口の開口面積）を稼ぐことができ、インクの吐出性を向上させることができる。
【００３８】
ところで、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、凹状部２４に形成された４つのノズル開口１０の組をノズルセット２３とした構成のものを例示したが、これには限られない。例えば、２つ、３つ、或いは５つ以上のノズル開口１０の組をノズルセット２３とする構成を採用することもできる。即ち、圧力室１７毎に複数のノズル開口１０が配されるようなノズルセット２３であれば、どのようなノズル開口１０の組み合わせでも良い。
【００３９】
また、上記実施形態では、ノズル開口１０を断面四角形状とした構成のものを例示したが、これに限られない。例えば、図８に示すように、ノズル開口１０´を断面円形状に形成したノズルセット２３´とする構成を採用することもできる。
【００４０】
以上は、液体噴射装置の一種であるプリンタに装着される記録ヘッド１を例に挙げて説明したが、本発明は他の液体噴射装置に装着した記録ヘッドにも適用することができる。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（Electro Luminescence）ディスプレーやＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極を形成する電極製造装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置等にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】記録ヘッドの構成を説明する要部断面図である。
【図２】流路ユニットの構成を説明する分解斜視図である。
【図３】流路形成基板の構成を説明する要部平面図である。
【図４】図３におけるＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】プレス装置の構成を説明する要部断面図である。
【図６】パンチの斜視図である。
【図７】パンチの説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図８】他の実施形態にかかる流路形成基板の構成を説明する要部平面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…記録ヘッド、１０…ノズル開口、１２…流路形成基板、１３…ノズルプレート、１７…圧力室、１８…圧電振動子、２３…ノズルセット、３１…金属板、３６…パンチ、４８ａ，４８ｂ…溝、５０…分割パンチ、５１…先端面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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