(57)【要約】【課題】噴射性を安定させることができ、さらに、製造時間を短縮することができる液滴噴射ヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】液滴噴射ヘッドの製造方法において、液体を収容する複数の液室５ａを有する液室プレート５を形成する工程と、液室５ａに連通する曲線形状の液体流路６ａの壁面を連続面で形どった流路形状部材を含むように樹脂材料でモールド成形を行い、モールド成形後に流路形状部材を除去し、液体流路６ａを有するノズルプレート６を形成する工程と、形成した液室プレート５と形成したノズルプレート６とを組み立てる工程とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を収容する複数の液室を有する液室プレートを形成する工程と、
前記液室に連通する曲線形状の液体流路の壁面を連続面で形どった流路形状部材を含むように樹脂材料でモールド成形を行い、モールド成形後に前記流路形状部材を除去し、前記液体流路を有するノズルプレートを形成する工程と、
形成した前記液室プレートと形成した前記ノズルプレートとを組み立てる工程と、
を有することを特徴とする液滴噴射ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記ノズルプレートを形成する工程では、各々の一端が連結部材により連結された複数の前記流路形状部材を用いることを特徴とする請求項１記載の液滴噴射ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を噴射する液滴噴射ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴噴射装置は、画像情報の印刷のほか、液晶表示装置、有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示装置、電子放出表示装置、プラズマ表示装置及び電気泳動表示装置等の様々な平面型表示装置を製造する際、例えば、カラーフィルタやブラックマトリクス、導電膜等の形成工程に用いられている。この液滴噴射装置は、複数のノズルからインク等の液体を液滴として噴射する液滴噴射ヘッド（例えば、インクジェットヘッド）を備えており、その液滴噴射ヘッドにより塗布対象物に液滴を着弾させ、所定パターンのドット列を順次形成し、様々な塗布体を製造する。
【０００３】
液滴噴射ヘッドは、複数の圧電素子（例えば、ピエゾ素子）により、液体を収容する複数の液室の各々の容積を変化させ、それらの液室内の液体を各ノズルからそれぞれ噴射する（例えば、特許文献１参照）。この噴射ヘッドは、各液室を有する液室プレート（中間プレート）と、それらの液室と各ノズル口とをそれぞれ連通する複数の液体流路を有するノズルプレートとを備えている。
【０００４】
これらの液体流路は、液室とノズル口との位置関係から、通常、直角あるいは略直角に曲る角部を有している。この角部では、圧電素子による衝撃波の伝達損失（伝達ロス）が生じるため、圧力損失が発生してしまう。これは、角部で反射波が発生することが主な要因である。圧力損失が大きくなると、噴射性が安定せず、液滴の着弾精度が低下してしまう。このため、液体流路の途中に角部が存在しないように液体流路を形成する必要がある。
【特許文献１】特開２００６−３２１２３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、液室とノズル口との位置関係から、通常、流路を形成する壁面はいくつかの平面の組み合わせにより構成され、面どおしの境界は不連続な屈折部分として形成されるため、この屈折部分が不連続な角部を形成する。その角部が液体流路の途中に存在しないように液体流路を形成することは難しく、例えば、斜め方向に直線で伸びる液体流路により液室とノズル口とを連通させる場合でも、穴を加工する機械加工によりそのような複数本の液体流路をノズルプレートに形成することは難しい。このため、その加工に要する時間（複数本の液体流路の形成時間）は長くなり、その結果、液滴噴射ヘッド１の製造時間が長くなってしまう。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、噴射性を安定させることができ、さらに、製造時間を短縮することができる液滴噴射ヘッドの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施の形態に係る特徴は、液滴噴射ヘッドの製造方法において、液体を収容する複数の液室を有する液室プレートを形成する工程と、液室に連通する曲線形状の液体流路の壁面を連続面で形どった流路形状部材を含むように樹脂材料でモールド成形を行い、モールド成形後に流路形状部材を除去し、液体流路を有するノズルプレートを形成する工程と、形成した液室プレートと形成したノズルプレートとを組み立てる工程とを有することである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、噴射性を安定させることができ、さらに、製造時間を短縮することができる液滴噴射ヘッドの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態について図１乃至図７を参照して説明する。
【００１０】
図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る液滴噴射ヘッド１は、本体ベースとなるベース部材２と、そのベース部材２の内部に設けられ複数の圧電素子３ａを保持する保持部材３と、各圧電素子３ａにより振動する振動プレート（ダイヤフラムプレート）４と、インク等の液体をそれぞれ収容し振動プレート４により容積が変化する複数の液室５ａを有する液室プレート５と、各液室５ａにそれぞれ連通する複数の液体流路６ａを有するノズルプレート６と、各液室５ａにそれぞれ対応する複数のオリフィス７ａを有するオリフィスプレート７と、そのオリフィスプレート７を露出させる開口部８ａを有してノズルプレート６を覆うホルダプレート８と、そのホルダプレート８とノズルプレート６との間に設けられた緩衝部材９と、ベース部材２、振動プレート４、液室プレート５及びホルダプレート８を締結する複数のネジ１０とを備えている。
【００１１】
ベース部材２は、例えばステンレス等の金属材料により形成されている。このベース部材２には、各圧電素子３ａがそれぞれ挿入される２つの挿入口２ａ及び各ネジ１０がそれぞれ挿入される複数のネジ穴Ｎ１が形成されている。各挿入口２ａは、例えば長方形状にそれぞれ形成されており、ベース部材２の表面の略中央に並べて設けられている。また、各ネジ穴Ｎ１は、ベース部材２の周縁部にそれぞれ設けられている。これらのネジ穴Ｎ１の内部には、例えば雌ネジのネジ溝が形成されている。
【００１２】
保持部材３は、ベース部材２と同様に、例えばステンレス等の金属材料により形成されている。この保持部材３には、各圧電素子３ａが２列に並べて千鳥状にそれぞれ配置されている。これらの圧電素子３ａは、それぞれの先端が振動プレート４に接触するようにベース部材２の各挿入口２ａに挿入され、保持部材３と共にベース部材２の内部に設けられている。なお、各圧電素子３ａの先端部は、振動プレート４に接着固定されている。このような圧電素子３ａには、電圧印加用の配線が接続されており、各圧電素子３ａに電圧が印加されると、各圧電素子３ａの伸縮により振動プレート４は振動する。
【００１３】
振動プレート４は、例えば弾性材料により形成されている。この振動プレート４には、各ネジ１０がそれぞれ挿入される複数のネジ穴Ｎ２が形成されている。これらのネジ穴Ｎ２は、振動プレート４をそれぞれ貫通する貫通孔であり、振動プレート４の周縁部に設けられている。なお、ネジ穴Ｎ２は、ネジ穴Ｎ１と同一直線上に位置付けて形成されている。振動プレート４は、各圧電素子３ａの伸縮により変形し、液室プレート５の各液室５ａの容積を各々増減させる。これにより、各液室５ａ内の液体が液体流路６ａを介して各オリフィス７ａから液滴として噴射される。
【００１４】
液室プレート５は、例えば金属やセラミック等の材料により形成されている。この液室プレート５には、液体をそれぞれ収容する各液室５ａ、それらの液室５ａに連通するマニホールド等のメイン流路５ｂ及び各ネジ１０がそれぞれ挿入される複数のネジ穴Ｎ３が形成されている（図１及び図２参照）。なお、図２では、各ネジ穴Ｎ２、Ｎ３は省略されている。メイン流路５ｂは、液室プレート５の略中央に直線状に設けられている。各液室５ａは、メイン流路５ｂから供給される液体を収容する収容部であり、メイン流路５ｂを挟むように２列に並べてそれぞれ設けられている。これらの液室５ａの内壁の一部は、振動プレート４により形成されている。メイン流路５ｂには、外部の液体タンクからチューブ等の供給径路（図示せず）を介して液体が供給される。各ネジ穴Ｎ３は、液室プレート５をそれぞれ貫通する貫通孔であり、液室プレート５の周縁部に設けられている。なお、ネジ穴Ｎ３は、ネジ穴Ｎ１と同一直線上に位置付けて形成されている。
【００１５】
ノズルプレート６は、モールド成形を用いて、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、及び、ＰＰＳや液晶ポリマー等の熱可塑性樹脂等の材料により形成されている。このノズルプレート６は、ホルダプレート８の開口部８ａから突出するように形成されている。すなわち、ノズルプレート６には、ホルダプレート８の開口部８ａに挿入される凸部６ｂが設けられている。また、ノズルプレート６には、各オリフィス７ａと各液室５ａとをそれぞれ連通する複数の液体流路６ａが設けられている（図１及び図２参照）。
【００１６】
これらの液体流路６ａは、角部がない曲線形状（例えば、液体が流れる方向に角部が存在しない円柱状）にそれぞれ形成されている。加えて、各液体流路６ａは、液体が流れる方向、すなわち液体流路６ａの先端であるノズル口６ｃに向かって徐々に細くなるように形成されている。このように液体流路６ａを曲線形状に形成することによって、噴射を行う際の圧力素子３ａによる衝撃を効率良く、液体流路６ａの先端に伝えることができる。さらに、液体流路６ａをテーパ状、すなわち液体流路６ａの先端に向かって徐々に細くなるように形成することによって、ノズルピッチが狭い液滴噴射ヘッド１を製造する場合でも、各液体流路６ａが干渉することがないので、ノズルピッチが狭い液滴噴射ヘッド１を製造することができる。
【００１７】
オリフィスプレート７は、例えばステンレスやＳｉ等の材料により形成されている。このオリフィスプレート７には、各オリフィス７ａが、例えば直線状に設けられている。このオリフィス７ａから液滴が噴射される。オリフィスプレート７は、各オリフィス７ａが各ノズル口６ｃに対向させてノズルプレート６の凸部６ｂ上に設けられる。
【００１８】
ホルダプレート８は、ノズルプレート６よりも圧縮強度が高くなる材料、例えば金属等の材料により形成されている。このホルダプレート８には、オリフィスプレート７が露出するように形成された開口部８ａ及び各ネジ１０がそれぞれ挿入される複数のネジ穴Ｎ４が形成されている。開口部８ａは、ホルダプレート８の略中央に設けられており、オリフィスプレート７を露出させる形状、例えば長方形状に形成されている。また、各ネジ穴Ｎ４は、ホルダプレート８をそれぞれ貫通する貫通孔であり、ホルダプレート８の周縁部に設けられている。これらのネジ穴Ｎ４は、例えば座グリ加工により形成されている。なお、ネジ穴Ｎ４は、ネジ穴Ｎ１と同一直線上に位置付けて形成されている。
【００１９】
緩衝部材９は、例えば環状に形成されており、ノズルプレート６の凸部６ｂの周囲に設けられている。この緩衝部材９は、ノズルプレート６とホルダプレート８との当接を防止している。この緩衝部材９としては、例えば弾性部材等を用いる。弾性部材の材料としては、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン：四フッ化エチレン樹脂）やシリコーン、カルレッツ等を用いる。
【００２０】
各ネジ１０は、例えば棒状に形成されており、各ネジ穴Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４にそれぞれ挿入されている。これらのネジ１０は、ベース部材２に対して振動プレート４、液室プレート５及びホルダプレート８を固定する。このとき、ノズルプレート６も、液室プレート５及びホルダプレート８により挟持されて固定される。各ネジ１０には、例えば雄ネジのネジ溝が形成されている。この各ネジ１０により、ベース部材２、振動プレート４、液室プレート５及びホルダプレート８が締結されている。
【００２１】
このような液滴噴射ヘッド１では、電圧が各圧電素子３ａにそれぞれ印加されると（印加電圧オン）、各圧電素子３ａが縮み、振動プレート４を変形させて、対応する液室５ａの容積を増大させる。このとき、容積が増大した液室５ａには、メイン流路５ｂから液体が補充される。その後、電圧が各圧電素子３ａに印加されなくなると（印加電圧オフ）、振動プレート４が元の形状に復帰し、対応する液室５ａの容積も元に戻る。このとき、液室５ａ内の液体が圧迫され、その液体が液体流路６ａを介してオリフィス７ａから液滴として噴射される。
【００２２】
次に、前述の液滴噴射ヘッド１の製造方法について図３乃至図７を参照して説明する。特に、液滴噴射ヘッド１が備えるノズルプレート６の製造方法について説明する。
【００２３】
液滴噴射ヘッド１の製造工程は、ベース部材２、各圧電素子３ａを具備する保持部材３、振動プレート４、液室プレート５、ノズルプレート６、オリフィスプレート７及びホルダプレート８を形成する工程と、それらの部材を積層しネジ１０により締結して組み立てる工程とを有している（図２参照）。この組み立て工程では、緩衝部材９がノズルプレート６とホルダプレート８との間に設けられる。また、各工程では、各部材は機械加工により形成される。なお、オリフィスプレート７は機械加工により板材として形成されても、また、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術等の半導体の微細加工技術によりノズルプレート６上に層として形成されてもよい。
【００２４】
ノズルプレート６を形成する工程は、図３に示すように、曲線形状の液体流路６ａの形状を有する流路形状部材２１を複数個準備する工程と、図４に示すように、それらの流路形状部材２１をベース板２２ａ上に設置する工程と、図５に示すように、各流路形状部材２１を設置したベース板２２ａに外壁２２ｂを成形して型枠２２を形成する工程と、図６に示すように、その型枠２２内に液状の樹脂材料２３を充填する工程と、その樹脂材料２３の硬化後、図７に示すように、型枠２２内から各流路形状部材２１及び樹脂材料２３の一体物を取り出し、その各流路形状部材２１を取り除く工程とを有している。これらの工程が行われ、図１及び図２に示すようなノズルプレート６が完成する。なお、流路形状部材２１は、液室５ａに連通する曲線形状の液体流路６ａの壁面を連続面で形どった部材である。
【００２５】
各流路形状部材２１を取り除く工程では、各流路形状部材２１は、例えば、それらの流路形状部材２１を溶融可能な薬剤により溶かされて除去される。その除去部分である貫通孔が液体流路６ａとなる。なお、樹脂材料２３としては、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、及び、ＰＰＳや液晶ポリマー等の熱可塑性樹脂等を用いる。ただし、液滴噴射ヘッド１を利用する際に用いられるインクの成分と反応し難いものを適宜選択して用いる必要がある。また、流路形状部材２１は、ここで除去されることにより、液室５ａからノズル口６ｃまでの曲線形状の液体流路６ａを形成する。
【００２６】
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態によれば、液室５ａに連通する曲線形状の液体流路６ａの壁面を連続面で形どった複数の流路形状部材２１を含むように樹脂材料２３でモールド成形を行い、モールド成形後に各流路形状部材２１を除去し、液体流路６ａを複数有するノズルプレート６を形成することによって、各液体流路６ａは曲線形状に形成され、圧電素子３ａによる衝撃波の伝達損失、すなわち圧力損失が低減されるので、噴射性を安定させることができる。加えて、曲線形状の液体流路６ａを容易に形成することが可能になり、さらに、曲線形状の複数本の液体流路６ａを一度で形成することが可能になるので、液滴噴射ヘッド１の製造時間を短縮することができる。すなわち、穴を加工するような機械加工により曲線形状の液体流路６ａを加工することは不可能に近く困難であるが、流路形状部材２１及びモールド成形を用いることによって、曲線形状の液体流路６ａを容易に形成することが可能になり、特に、複数本の曲線形状の液体流路６ａを一度で形成することが可能になるので、液滴噴射ヘッド１の製造時間の短縮を実現することができる。
【００２７】
また、ノズルプレート６を形成する工程では、ノズルプレート６形成用の型枠２２内に各流路形状部材２１を設置し、それらの流路形状部材２１を設置した型枠２２内に液状の樹脂材料２３を充填することから、モールド成形を容易に行うことが可能になるので、液滴噴射ヘッド１を製造する際の製造上の歩留まりの低下を抑えることができる。
【００２８】
なお、ノズルプレート６を覆うようにホルダプレート８を設け、さらに、ノズルプレート６とホルダプレート８との間に緩衝部材９を設けることによって、ノズルプレート６とホルダプレート８とが当接することが防止されるので、ノズルプレート６の破損を防止することができる。さらに、各ネジ１０による締結力を向上させることができる。その結果、十分な締結力が得られるので、噴射性の安定を実現し、液滴の着弾精度を向上させることができる。加えて、ノズルプレート６がホルダプレート８により覆われるので、液滴噴射ヘッド１の機械的な強度を向上させることができ、その結果として、液滴噴射ヘッド１の破損を防止することができる。
【００２９】
また、前述の液滴噴射ヘッド１と、この液滴噴射ヘッド１を保持すると共に液滴噴射ヘッド１にインクを供給する本体とを用いて液滴噴射装置を構成することによって、噴射性の安定を実現し、液滴の着弾精度を向上させることができる。さらに、機械的な強度が高い液滴噴射ヘッド１が用いられるので、液滴噴射装置の耐久性を上げることができる。
【００３０】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態について図８及び図９を参照して説明する。本発明の第２の実施の形態は第１の実施の形態と基本的に同じである。したがって、第２の実施の形態では、第１の実施の形態と異なる部分、液滴噴射ヘッド１の製造方法について説明する。なお、第２の実施の形態においては、第１の実施の形態で説明した部分と同じ部分の説明を省略する。
【００３１】
本発明の第２の実施の形態に係る液滴噴射ヘッド１の製造方法では、ノズルプレート６を形成する工程は、図８に示すように、複数の流路形状部材２１を有する板材２４を形成して準備する工程と、ノズルプレート６形成用の型枠２２内に液状の樹脂材料２３を充填する工程と、液状の樹脂材料２３を充填した型枠２２に内に各流路形状部材２１を一度で設置する工程と、樹脂材料２３の硬化後、図９に示すように、型枠２２内から各流路形状部材２１を有する板材２４及び樹脂材料２３の一体物を取り出し、その各流路形状部材２１を取り除く工程とを有している。
【００３２】
ここで、型枠２２に内に各流路形状部材２１を設置する工程では、各流路形状部材２１を有する板材２４は、それらの流路形状部材２１が型枠２２内に挿入され、型枠２２の開口を塞ぐように設けられる。これにより、複数の流路形状部材２１が一度で型枠２２内に設置される。なお、板材２４は各流路形状部材２１の各々の一端を連結する連結部材として機能する。また、各流路形状部材２１を取り除く工程では、各流路形状部材２１は、例えば、それらの流路形状部材２１を溶融可能な薬剤により溶かされて除去される。その除去部分である貫通孔が液体流路６ａとなる。なお、板材２４も、各流路形状部材２１と一体に同じ材料により形成されているため、各流路形状部材２１の溶融と同時に溶けて除去される。
【００３３】
以上説明したように、本発明の第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。特に、ノズルプレート６を形成する工程では、各々の一端が板材２４により連結された複数の流路形状部材２１を用いることによって、各流路形状部材２１が一体として取り扱われ、一度に型枠２２内に設置することが可能になるので、各流路形状部材２１を個別に用いる場合に比べ、ノズルプレート６の形成時間を短くすることができる。その結果、液滴噴射ヘッド１の製造時間を短縮することができる。また、各流路形状部材２１と板材２４とを一体に形成することによって、各流路形状部材２１の位置精度を向上させることが可能になり、精度が高いノズルプレート６を形成することができる。さらに、各流路形状部材２１と板材２４とを同じ材料により形成することによって、流路形状部材２１を除去する際に、同時に板材２４も除去することが可能になるので、ノズルプレート６の形成時間を短縮することができる。
【００３４】
また、ノズルプレート６を形成する工程では、ノズルプレート６形成用の型枠２２内に液状の樹脂材料２３を充填し、樹脂材料２３を充填した型枠２２内に複数の流路形状部材２１を設置することから、モールド成形を容易に行うことが可能になるので、液滴噴射ヘッド１を製造する際の製造上の歩留まりの低下を抑えることができる。
【００３５】
（他の実施の形態）
なお、本発明は、前述の実施の形態に限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。
【００３６】
例えば、前述の実施の形態においては、２つのモールド成形の流れを説明しているが、これに限るものではなく、他のモールド成形を用いるようにしてもよい。
【００３７】
また、前述の実施の形態においては、ネジ１０によりベース部材２と液室プレート５との間に振動プレート４を固定しているが、これに限るものではなく、例えば、ネジ１０に加え、接着剤によりベース部材２と液室プレート５との間に振動プレート４を接着固定するようにしてもよい。
【００３８】
さらに、前述の実施の形態においては、緩衝部材９を環状に形成し、ノズルプレート６上に１つの緩衝部材９を設けているが、これに限るものではなく、例えば、緩衝部材９を長方体形状や円板形状に形成し、ノズルプレート６上に複数の緩衝部材９を設けるようにしてもよい。
【００３９】
最後に、前述の実施の形態においては、ネジ穴Ｎ４の内部に雌ネジのネジ溝を形成していないが、これに限るものではなく、例えば、ネジ穴Ｎ４の内部に雌ネジのネジ溝を形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る液滴噴射ヘッドの概略構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す液滴噴射ヘッドの一部の概略構成を示す分解斜視図である。
【図３】図１及び図２に示す液滴噴射ヘッドの製造方法を説明するための第１工程を示す斜視図である。
【図４】第２工程を示す斜視図である。
【図５】第３工程を示す斜視図である。
【図６】第４工程を示す斜視図である。
【図７】第５工程を示す斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法を説明するための第１工程を示す斜視図である。
【図９】第２工程を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
１…液滴噴射ヘッド、５…液室プレート、５ａ…液室、６…ノズルプレート、６ａ…液体流路、２１…流路形状部材、２３…樹脂材料、２４…連結部材（板材）
【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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【図９】
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