(57)【要約】【課題】液体の増粘を抑制してスループットの向上を図り、また、メンテナンス処理における液体の消費を低減することが可能な液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置を提供する。【解決手段】  圧力室２０におけるインク供給路２２の開口からノズル２３に至るまでの流路の容積を適切に規定することで、圧力室内へのインクの増粘の進行が低減される。すなわち、当該個別流路容積をより大きく、具体的には４４００〔ｐｌ〕以上、望ましくは６２１０〔ｐｌ〕以上とすることで、ノズルの最短形成ピッチが１／３００インチ以下の小型の液体噴射ヘッドにおいてもインクの増粘の進行を抑制することができる。より具体的には、圧力室とノズルとの間にノズル連通口３６を設け、当該ノズル連通口の容積と圧力室の容積との合計が４４００〔ｐｌ〕以上、望ましくは６２１０〔ｐｌ〕以上となるように構成されている。【選択図】図２
2015033799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を噴射する複数のノズルと、
前記複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室と、
前記各圧力室にそれぞれ連通して当該圧力室に液体を供給する複数の液体供給路と、
を備える液体噴射ヘッドであって、
各ノズルの最短の形成ピッチが１／３００インチ以下であり、
前記圧力室における前記液体供給路の開口から前記ノズルに至るまでの流路の容積が４４００〔ｐｌ〕以上であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記流路の容積が、望ましくは６２１０〔ｐｌ〕以上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】
前記圧力室と前記ノズルとの間を連通する連通口を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記圧力室が形成された圧力室基板と、前記ノズルが形成されたノズル基板との間に、前記連通口が開設された連通口基板を有し、
当該連通口基板の厚さが、２００〔μｍ〕以上であることを特徴とする請求項３に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記液体の液体組成物総質量に対する水の含有量が、１０質量％以上６０質量％以下の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項１から請求項５の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット式記録ヘッドなどの液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置に関し、特に、液体供給路から圧力室に導入した液体をノズルから噴射する液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射装置は、液体を液滴としてノズルから噴射可能な液体噴射ヘッドを備え、この液体噴射ヘッドから各種の液体を噴射する装置である。この液体噴射装置の代表的なものとして、例えば、インクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッドという）を備え、この記録ヘッドのノズルから液体状のインクをインク滴として噴射させて記録を行うインクジェット式記録装置（プリンター）等の画像記録装置を挙げることができる。また、この他、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターに用いられる色材、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイに用いられる有機材料、電極形成に用いられる電極材等、様々な種類の液体の噴射に液体噴射装置が用いられている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは生体有機物の溶液を噴射する。
【０００３】
インクジェット技術を採用する液体噴射ヘッドの内部には、複数のノズル、ノズル毎に形成された圧力室、複数の圧力室に共通な共通液体室（リザーバーあるいはマニホールドとも言う）、および、共通液体室と各圧力室とをそれぞれ連通する液体供給路等が設けられている。そして、圧電素子や発熱素子等の圧力発生手段の駆動により、圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ、この圧力変動を利用してノズルから液体を噴射させるように構成されている。
【０００４】
液体噴射ヘッドとしては、様々な構成のものが提案されており、例えば、特許文献１に開示されている液体噴射ヘッド（インクジェット式記録ヘッド）は、圧電振動子の縦方向（電界方向に対して直交する方向）に振動する所謂縦振動型の圧電振動子を圧力発生手段として備えている。この圧電振動子は、ジルコニアやチタン酸ジルコン酸鉛等の圧電体層の表面に電極層を形成したものを積層して焼成した後、櫛歯状に切り分ける工程と、を経て製造される。そして、切り分けられた櫛歯の一つ一つが圧力室毎に対応した圧電振動子として機能する。このような縦振動型の圧電振動子は小型化が難しく、一般的には比較的大型な液体噴射ヘッドに搭載される。そして、この種の液体噴射ヘッドでは、ノズルの開設ピッチが例えば１／１８０インチに相当する間隔、すなわち、１４１〔μｍ〕程度となっている。これに応じてノズルに連通する圧力室等の流路の容積も比較的大きく確保することが可能である。
【０００５】
これに対し、特許文献２に開示されている液体噴射ヘッドは、特許文献１に開示されているものよりも小型化が図られたものである。この液体噴射ヘッドに用いられている圧電振動子は、下部電極と、圧電材料からなる圧電体層と、上部電極とが、成膜技術によりそれぞれ積層形成され、リソグラフィー及びイオンミリング等のエッチングによるパターニングによって圧力室毎に切り分けられて構成されている。この圧電振動子は電界方向に撓み変形する所謂撓み振動型の圧電振動子である。このような撓み振動型の圧電振動子は、上記の縦振動型の圧電振動子と比較して小型化が可能である。このため、当該圧電振動子を圧力発生手段として搭載する液体噴射ヘッドの小型化に寄与する。そして、この種の液体噴射ヘッドでは、ノズルの開設ピッチ（中心間距離）が例えば１／３００インチに相当する間隔、すなわち、８４．６６〔μｍ〕以下となっており、特許文献１の構成と比較してノズルの高密度化が図られている。このため、圧力室等の流路の容積も限られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2001-293864号公報
【特許文献２】特開2003-231254号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、この種の液体噴射ヘッドでは、ノズルにおいて液体（メニスカス）が外気に晒されているため、液体に含まれる溶媒成分が蒸発し、時間の経過とともに液体が増粘する。そして、特許文献２に開示されている記録ヘッドのように、ノズルが高密度に形成されている小型の液体噴射ヘッドでは、圧力室の容積に関し、特許文献１に開示されている比較的大型の記録ヘッドのものと比べて小さくなっている。このため、このような小型の液体噴射ヘッドでは、液体の増粘がノズル側から圧力室内部へと比較的進行し易い。圧力室内部の液体が増粘してしまうと、ノズルから噴射される液体の量や飛翔速度（飛翔方向）等の噴射特性が理想状態から変動する。このような不具合を低減するため、このような液体噴射ヘッド（記録ヘッド）を備える液体噴射装置では、例えば、記録媒体（液体の着弾対象）に対する記録処理（噴射処理）中に定期的にノズルから液体を強制的に噴射させるメンテナンス処理（フラッシング処理）が実行されて、増粘した液体が排出される。ところが、このフラッシング処理は、印刷処理を一旦中断し、フラッシングポイントまで移動させて全ノズルから液体を捨て撃ちするので、頻繁に実行すると印刷処理における単位時間あたりの処理能力（スループット）が低下してしまう上に、液体を無駄に消費してしまう問題がある。
そして、増粘の進行が小型の記録ヘッド（詳細は後述するが、例えば、図３におけるＢやＣのヘッド）では、フラッシング処理を実行する間隔を変化させたときの、フラッシング処理で必要な液体排出量（増粘を解消するのに必要な液体の消費量）の変化の割合が大きく、換言すると、当該液体噴射ヘッドの性能がフラッシング間隔の大小によって左右されやすい。このため、当該液体噴射ヘッドを液体噴射装置に搭載した場合、フラッシング間隔を比較的短い範囲内でしかも繊細に設定する必要があり、液体噴射ヘッドとしては扱いにくいという問題があった。
【０００８】
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、液体の増粘を抑制してスループットの向上を図り、また、メンテナンス処理における液体の消費を低減することが可能な液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の液体噴射ヘッドは、上記目的を達成するために提案されたものであり、液体を噴射する複数のノズルと、
前記複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室と、
前記各圧力室にそれぞれ連通して当該圧力室に液体を供給する複数の液体供給路と、
を備える液体噴射ヘッドであって、
各ノズルの最短の形成ピッチが１／３００インチ以下であり、
前記圧力室における前記液体供給路の開口から前記ノズルに至るまでの流路の容積が４４００〔ｐｌ〕以上であることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、圧力室における液体供給路の開口からノズルに至るまでの流路の容積を４４００〔ｐｌ〕以上とすることで、各ノズルの最短の形成ピッチが１／３００インチ以下（８４．６６μｍ以下）の比較的小型の液体噴射ヘッドにおいても液体の増粘の進行を抑制することができる。これにより、当該液体噴射ヘッドを搭載する液体噴射装置においては、液体噴射処理中において定期的に実行されるメンテナンス処理（フラッシング処理）の実行間隔を延ばす、すなわち、実行頻度を低減することができるので、単位時間あたりの液体噴射処理能力（スループット）が向上する上、メンテナンス処理によって消費される液体の量を抑えることが可能となる。そして、メンテナンス処理の実行間隔の変化に対する、メンテナンス処理時に必要な液体の消費量の変化の割合が抑えられるので、メンテナンス処理の実行間隔の設定範囲をより広げることができ、より扱いやすい液体噴射ヘッドを実現することができる。
【００１１】
上記構成において、前記流路の容積が、６２１０〔ｐｌ〕以上であることが望ましい。
【００１２】
上記構成によれば、圧力室における液体供給路の開口からノズルに至るまでの流路の容積を６２１０〔ｐｌ〕以上とすることで、液体の増粘の進行をより一層抑制することができので、液体の増粘に起因する噴射特性の変動を一層低減することが可能となる。このため、着弾対象に対する液体の着弾位置精度を維持しつつ、液体噴射処理能力の向上およびメンテナンス処理における液体消費量の低減が可能となる。
【００１３】
上記構成において、前記圧力室と前記ノズルとの間を連通する連通口を有する構成を採用することが望ましい。
また、上記構成において、前記圧力室が形成された圧力室基板と、前記ノズルが形成されたノズル基板との間に、前記連通口が開設された連通口基板を有し、
当該連通口基板の厚さが、２００μｍ以上であることが望ましい。
【００１４】
上記構成によれば、圧力室とノズルとの間を連通する連通口の容積を調整することで、圧力室の容積を大幅に変更することなく、すなわち、圧力室同士を仕切る隔壁の高さを変更することなく圧力室における液体供給路の開口からノズルに至るまでの流路の容積を４４００〔ｐｌ〕以上に設定することができる。これにより、隔壁の剛性の低下が防止されるので、圧力室内の液体の圧力変動に伴って隔壁が変形することで生じる所謂隣接クロストークを抑制することができる。また、圧力室の長さも必要以上に長くならないので、液体噴射ヘッドの大型化を可及的に抑えることが可能となる。
【００１５】
さらに、前記液体の液体組成物総質量に対する水の含有量が、１０質量％以上６０質量％以下の範囲内である構成を採用することができる。
【００１６】
また、本発明の液体噴射装置は、上記何れかの構成の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、上記液体噴射ヘッドを採用することにより、液体噴射処理中において定期的に実行されるメンテナンス処理（フラッシング処理）の実行間隔を延ばす、すなわち、実行頻度を低減することができるので、単位時間あたりの液体噴射処理能力（スループット）が向上する上、メンテナンス処理によって消費される液体の量を抑えることが可能となる。そして、メンテナンス処理の実行間隔の変化に対する、メンテナンス処理時に必要な液体の消費量の変化の割合が抑えられるので、メンテナンス処理の実行間隔の設定範囲をより広げることができ、より幅広い用途に対応することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】プリンターの構成を説明する斜視図である。
【図２】記録ヘッドの構成を説明する図である。
【図３】フラッシング間隔と必要フラッシング量との関係を説明するグラフである。
【図４】個別流路容積と間欠保証時間との関係を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。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、以下においては、本発明の液体噴射ヘッドとして、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッド２を例に挙げて説明する。
【００２０】
図１はプリンター１の構成を示す斜視図である。このプリンター１は、記録ヘッド２が取り付けられると共に、液体供給源の一種であるインクカートリッジ３が着脱可能に取り付けられるキャリッジ４と、記録動作時の記録ヘッド２の下方に配設されたプラテン５と、キャリッジ４を記録紙６（記録媒体および着弾対象の一種）の紙幅方向、即ち、主走査方向に往復移動させるキャリッジ移動機構７と、主走査方向に直交する副走査方向に記録紙６を搬送する紙送り機構８と、を備えている。
【００２１】
キャリッジ４は、主走査方向に架設されたガイドロッド９に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ移動機構７の作動により、ガイドロッド９に沿って主走査方向に移動するように構成されている。キャリッジ４の主走査方向の位置は、リニアエンコーダー１０によって検出され、その検出信号、即ち、エンコーダーパルスが図示しないプリンターコントローラーに送信される。リニアエンコーダー１０は位置情報出力手段の一種であり、記録ヘッド２の走査位置に応じたエンコーダーパルスを、主走査方向における位置情報として出力する。このため、プリンターコントローラーは、受信したエンコーダーパルスに基づいてキャリッジ４に搭載された記録ヘッド２の走査位置を認識できる。即ち、例えば、受信したエンコーダーパルスをカウントすることで、キャリッジ４の位置を認識することができる。これにより、プリンターコントローラーはこのリニアエンコーダー１０からのエンコーダーパルスに基づいてキャリッジ４（記録ヘッド２）の走査位置を認識しながら、記録ヘッド２による記録動作を制御することができる。
【００２２】
キャリッジ４の移動範囲内における記録領域よりも外側の端部領域には、キャリッジの走査の基点となるホームポジションが設定されている。本実施形態におけるホームポジションには、記録ヘッド２のノズル形成面（ノズル基板１５：図２参照）を封止するキャッピング部材１１と、ノズル形成面を払拭するためのワイパー部材１２とが配置されている。また、ホームポジションとはプラテン５を挟んで主走査方向の他端部には、フラッシング領域としてフラッシングボックス５′が設けられている。このフラッシングボックス５′は、記録紙６に対する記録処理とは関係なく記録ヘッド２のノズル２３からインクを強制的に噴射させるメンテナンス処理（フラッシング処理）の際に噴射されたインクを受ける部材である。そして、プリンター１は、ホームポジションから反対側の端部へ向けてキャリッジ４が移動する往動時と、反対側の端部からホームポジション側にキャリッジ４が戻る復動時との双方向で記録紙６上に文字や画像等を記録する所謂双方向記録が可能に構成されている。
【００２３】
図２は、本実施形態の記録ヘッド２の構成を示す図であり、（ａ）は記録ヘッド２の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ′線断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ′線断面図である。本実施形態における記録ヘッド２は、圧力室基板１４、連通口基板１３、ノズル基板１５、弾性体膜１６、絶縁体膜１７、圧電素子１８、及び、保護基板１９等を積層して構成されている。
【００２４】
圧力室基板１４は、例えば、シリコン単結晶基板から成る板材である。この圧力室基板１４には、複数の圧力室２０が、隔壁２０′を間に挟んでその幅方向（ノズル列方向）に並設されている。本実施形態における圧力室２０に関し、高さが７０〔μｍ〕、幅が７０〔μｍ〕、長さ（ノズル列方向に直交する方向の奥行き）が５６９〔μｍ〕に設定されている。この圧力室２０の容積は、２７８８〔ｐｌ〕である。ここで、圧力室基板１４の厚さ、すなわち、圧力室２０の高さは、隣り合う圧力室２０同士を仕切る隔壁２０′の剛性を一定以上に確保する観点から、７０〔μｍ〕以下に設定されることが望ましい。すなわち、隔壁２０′の厚さ（あるいは圧力室２０の幅）は、ノズル２３の形成ピッチに応じて定まるが、この隔壁２０′の厚さを一定に維持したまま圧力室２０の高さを必要以上に高くした場合、これに伴って隔壁２０′の剛性が低下する。隔壁２０′の剛性が十分に確保されていないと、インクを噴射させる際の圧力室２０内の圧力変動に応じて当該隔壁２０′が撓んでしまい、これによりノズル２３から噴射されるインクの量や飛翔速度などの噴射特性が変動する所謂隣接クロストークが発生する問題がある。したがって、圧力室２０の高さは、上記の点を考慮して定められる。また、圧力室２０の長さに関し、長くするほど記録ヘッド２の平面方向（ノズル基板１５の面に平行な方向）の寸法が増大するので、記録ヘッド２が大型化するという問題がある。また、これに応じて、圧電素子１８等の他の部材の寸法も増加するため、その分コストも増加するという問題がある。したがって、圧力室２０の各寸法、およびその容積は、上記の各条件から一定の範囲の値に定まり、基本的にはこれらの値を大幅に変更することは好ましくない。
【００２５】
圧力室基板１４の圧力室２０の長手方向における外側に外れた領域には連通部２１が形成され、連通部２１と各圧力室２０とが、圧力室２０毎に設けられたインク供給路２２（本発明における液体供給路に相当）を介して連通されている。なお、連通部２１は、後述する保護基板１９のリザーバー部２９と連通して各圧力室２０の共通のインク室となるリザーバー３０の一部を構成する。インク供給路２２の流路断面積（ノズル列方向の断面積）は、圧力室２０の断面積よりも小さくなっている。本実施形態においては、インク供給路２２のノズル列方向の幅が２２〔μｍ〕に設定されており、圧力室２０の同方向の幅よりも狭く形成されている。また、このインク供給路２２の長さ（奥行き）は１３５〔μｍ〕である。なお、圧力室基板１４におけるこれらの圧力室２０やインク供給路２２等の流路は、異方性エッチングにより形成されている。
【００２６】
圧力室基板１４とノズル基板１５との間には、連通口基板１３が設けられている。この連通口基板１３は、圧力室基板１４と同様に、シリコン単結晶基板から成る板材である。圧力室基板１４の下面に連通口基板１３が接合されることにより、圧力室２０の下面側の開口が当該連通口基板１３により封止されて圧力室２０の底部が画成される。この連通口基板１３には、当該基板を貫通する状態でノズル連通口３６（本発明における連通口に相当）が形成されている。このノズル連通口３６は、圧力室基板１４の圧力室２０とノズル基板１５のノズル２３とを連通する空部である。より具体的には、ノズル連通口３６の上端は、圧力室２０における長手方向のインク供給路２２とは反対側の端部と連通し、ノズル連通口３６の下端はノズル２３と連通している。本実施形態におけるノズル連通口３６に関し、高さ（即ち、連通口基板１３の厚さ）が４００〔μｍ〕、幅が５８〔μｍ〕、奥行き（圧力室長手方向に平行な方向の寸法）が１５５〔μｍ〕に設定されている。このノズル連通口３６の容積は、３５９６〔ｐｌ〕である。この連通口基板１３の厚さ（即ち、ノズル連通口３６の高さ）は、２００〔μｍ〕以上に設定されることが望ましい。
【００２７】
連通口基板１３の下面（圧力室基板１４との接合面とは反対側の面）には、各圧力室２０に対応して複数のノズル２３が列状に開設されたノズル基板１５が接合されている。ノズル基板１５は、ステンレス鋼等の金属板あるいはシリコン単結晶基板等から作製された板材である。各ノズル２３は、ドライエッチング等により円筒状に形成された貫通孔である。本実施形態においては、ノズル２３におけるノズル連通口３６との連通側の内径が、インクが噴射される側の内径よりも少し大きく設定されている。このノズル２３の高さ（すなわち、ノズル基板１５の厚さ）は、６５〔μｍ〕、ノズル２３の噴射側の内径は２１〔μｍ〕に設定されている。なお、ノズル２３の形状としては、内径が一定の円筒状であってもよいし、或いは、ノズル連通口３６との連通側の内径がノズル連通口３６側に向けて次第に大きくなる所謂テーパー部を有する形状であってもよい。本実施形態におけるノズル基板１５には、ドット形成密度３００ｄｐｉに相当するピッチ（隣接ノズルの中心間距離）、すなわち、１／３００インチ（８４．６６〔μｍ〕）で各ノズル２３が並設されている。したがって、各ノズル２３にそれぞれ連通する各圧力室２０の圧力室基板１４における形成間隔も１／３００インチとなっている。
【００２８】
圧力室基板１４の上面には、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる弾性膜１６が形成されている。この弾性膜１６上には酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる絶縁体膜１７が形成されている。この弾性膜１６および絶縁体膜１７における圧力室２０の開口を封止する部分は、作動面として機能する。また、この絶縁体膜１７上には下電極２４と、圧電体２５と、上電極２６とが形成され、これらが積層状態で圧電素子１８を構成している。一般的には、圧電素子１８の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極（正極又は個別電極）及び圧電体２５を圧力室２０毎にパターニングして構成する。そして、パターニングされた何れか一方の電極及び圧電体２５から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。なお、本実施形態では、下電極２４が圧電素子１８の共通電極とされ、上電極２６が圧電素子１８の個別電極とされているが、圧電体２５の分極方向や駆動回路や配線の都合等によってこれらを全体的に逆にする構成とすることもできる。何れの場合においても、圧力室２０毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、このような各圧電素子１８の上電極２６には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極２７がそれぞれ接続されている。
【００２９】
圧力室基板１４上の圧電素子１８側の面には、圧電素子１８に対向する領域にその変位を阻害しない程度の大きさの空間となる圧電素子保持部２８を有する保護基板１９が接合されている。さらに、保護基板１９には、圧力室基板１４の連通部２１に対応する領域にリザーバー部２９が設けられている。このリザーバー部２９は、圧力室２０の並設方向に沿って長尺な矩形の開口形状を有する貫通穴として保護基板１９に形成されており、上述したように圧力室基板１４の連通部２１と連通されてリザーバー３０（共通液体室の一種）を画成する。このリザーバー３０は、インクの種類毎（色毎）に設けられ、複数の圧力室２０に共通のインクが貯留される。このインクとしては、例えば、染料インクや顔料インク等、周知の種々のものを用いることができるが、本実施形態においては、インク組成物総質量に対する水の含有量が１０質量％以上６０質量％以下の顔料インクが用いられる。この顔料インクとしては、例えば、特開2012-255090号公報や特開2000-289193号公報に開示されているような顔料インクを用いることができる。なお、顔料インクに限らずインク組成物総質量に対する水の含有量が１０質量％以上６０質量％以下のインクであれば実質的に同様な評価結果が得られる。本実施形態においては、これらの顔料インクを用いて、記録ヘッド２の性能（インクの増粘の度合いやフラッシング間隔に対する必要フラッシング量）を評価している。この点については後述する。
【００３０】
また、保護基板１９の圧電素子保持部２８とリザーバー部２９との間の領域には、保護基板１９を厚さ方向に貫通する貫通孔３１が設けられ、この貫通孔３１内に下電極２４の一部及びリード電極２７の先端部が露出されている。保護基板１９上には、封止膜３２及び固定板３３とからなるコンプライアンス基板３４が接合されている。封止膜３２は、可撓性を有する材料（例えば、ポリフェニレンサルファイドフィルム）からなり、この封止膜３２によってリザーバー部２９の一方面が封止されている。また、固定板３３は、金属等の硬質の材料（例えば、ステンレス鋼等）で形成される。この固定板３３のリザーバー３０に対向する領域は、厚さ方向を貫通する開口部３５となっている。このため、リザーバー３０の一方の面は可撓性を有する封止膜３２のみで封止されている。
【００３１】
上記構成の記録ヘッド２では、インクカートリッジ等のインク供給手段からインクを取り込み、リザーバー３０からノズル２３に至るまでインクで満たされる。そして、プリンター本体側からの駆動信号の供給により、圧力室２０に対応するそれぞれの下電極２４と上電極２６との間に両電極の電位差に応じた電界が付与され、圧電素子１８および作動面（弾性膜１６）が撓み変形することにより、圧力室２０内に圧力変動が生じる。この圧力変動を制御することで、ノズル２３からインクを噴射させたり、或いは、インクが噴射されない程度にノズル２３におけるメニスカスを微振動させたりする。
【００３２】
ところで、記録ヘッド２のような液体噴射ヘッドでは、ノズルにおいて液体（メニスカス）が外気に晒されているため、液体に含まれる溶媒成分が蒸発し、時間の経過とともに液体が増粘する。そして、本実施形態における記録ヘッド２のように、１／３００インチ以下のピッチ（各ノズルの最短の中心間距離）で高密度にノズルが形成されている小型の液体噴射ヘッドでは、これに応じて圧力室の容積もより小さくなっている。このため、液体の増粘がノズル側から圧力室内部へと進行しやすい。インクが増粘してしまうと、ノズルから噴射されるインクの量や飛翔速度（飛翔方向）が理想状態から変動する虞がある。このような不具合を低減するため、記録紙等の記録媒体に対する記録処理（印刷処理）中に定期的にフラッシング処理が実行され、増粘インクが排出される。ところが、このフラッシング処理は、印刷処理を一旦中断し、記録ヘッドをフラッシングボックス等のフラッシングポイントまで移動させて全ノズルからインクを捨て撃ちするので、頻繁に実行すると印刷処理における単位時間あたりの処理能力（スループット）が低下してしまう上に、インクを無駄に消費してしまう問題がある。
【００３３】
そこで、本発明に係る記録ヘッド２では、圧力室２０におけるインク供給路２２の開口（インク供給路２２の出口あるいは圧力室２０への入口）からノズル２３に至るまで（ノズル２３の手前まで）の流路の容積（以下、ノズル連通口の有無に拘わらず、適宜、個別流路容積と称する。）を適切に規定することで、圧力室２０内へのインクの増粘の進行が低減されている。すなわち、当該個別流路容積をより大きく、具体的には４４００〔ｐｌ〕以上とすることで、小型の液体噴射ヘッドにおいてもインクの増粘の進行を抑制することができる。上記したように、圧力室２０の容積は種々の条件により概ね定まるため、本実施形態においては、圧力室２０とノズル２３との間にノズル連通口３６を設け、当該ノズル連通口３６の容積と圧力室２０の容積との合計が４４００〔ｐｌ〕以上となるように構成されている。なお、ノズル２３の容積に関しては、ノズル連通口３６の容積と圧力室２０の容積との合計と比して十分に小さく、性能評価上では無視できる（誤差の範囲内にできる）ため、算入されていない。
【００３４】
図３は、フラッシング（ＦＬ）間隔と必要フラッシング量との関係を示すグラフである。横軸のフラッシング間隔〔ｓ〕とは、印刷処理が開始されてから最初にフラッシング処理が実行されるまでの時間、または、フラッシング処理が完了してから次回のフラッシング処理が開始されるまでの時間を意味する。また、縦軸の必要フラッシング量〔ｎｇ〕とは、フラッシング処理時にノズル２３から排出されるインクの量であって、圧力室２０における増粘インクを概ね排出するのに必要な排出量、すなわち、増粘インクによる不具合が生じない程度に噴射能力が回復し得るインク排出量を意味する。図３の例では、後述するテストパターンにおいて往路と復路で記録された罫線のズレが前後２５〔μｍ〕まで許容され、当該範囲内に収まるようにフラッシング間隔およびフラッシング量が設定される。また、インクとしては、上記で例示した顔料インクが用いられて性能評価実験が行われている。
【００３５】
上記テストパターンを形成する場合、まず、一つ目のパス（往路の走査）において同一ノズル列を構成する各ノズル２３からインクを同時に噴射させることで、記録媒体における所定の位置にドット群を形成して罫線の一部を記録し、ノズル列の長さ分だけ記録媒体を副走査方向に搬送した後、二つ目のパス（復路の走査）において各ノズル２３からインクを噴射させて、先に形成されたドット群に連続するタイミング（プリンター１の製造時に予め調整されているタイミング）で次のドット群を形成する。そして、往路で形成された罫線と復路で形成された罫線とがどの程度ずれているかに応じて増粘度合いを把握することができる。そして、本実施形態においては、上記のように罫線のズレが最大でも２５〔μｍ〕以内となるようなフラッシング間隔に設定される。なお、テストパターンとしては、増粘によるインクの飛翔方向の変動による着弾位置ずれが把握できるものであれば、上記縦罫線のものには限られない。
【００３６】
ここで、図３において、個別流路容積が異なる複数の記録ヘッドについてＦＬ間隔に対する必要ＦＬ量の関係が示されている。図３中のＡに対応する記録ヘッドは、ノズルの形成密度が１／１８０インチ以上の比較的大型なヘッドであり、本発明の条件（ノズルの最短ピッチが１／３００インチ以下）から外れるものである。大型な記録ヘッドであれば、当然、上記個別流路容積も大きく確保することができ、この例の中では最も大きい１３９００〔ｎｇ〕となっている。このため、ＦＬ間隔を変化させたときの必要ＦＬ量の変化は最も小さくなっている。図３中のＢに対応する記録ヘッドは、ノズルの最短ピッチが１／３００インチ以下の比較的小型なヘッドであって、上記記録ヘッド２におけるノズル連通口３６に相当する部分が無い構成のものである。このＢの記録ヘッドは、個別流路容積を確保することが難しく、この例の中では最も小さい２７５０〔ｐｌ〕となっている。すなわち、Ｂの記録ヘッドでは、本発明における条件である４４００〔ｐｌ〕以上を確保できていない。このため、ＦＬ間隔を変化させたときの必要ＦＬ量の変化も最も大きくなっている。その結果、フラッシング処理の頻度やインク消費量が最も多くなる。
【００３７】
図３中のＣに対応する記録ヘッドは、ノズルの最短ピッチが１／３００インチ以下の比較的小型な記録ヘッドであって、上記記録ヘッド２におけるノズル連通口３６に相当する部分（以下、単にノズル連通口とする。）を有する構成のものである。このノズル連通口が形成された連通口基板の厚さは１００〔μｍ〕である。このＣの記録ヘッドにおける個別流路容量は３４９５〔ｎｇ〕であり、本発明における条件である４４００〔ｐｌ〕以上から外れている。ノズル連通口が無いＢの記録ヘッドよりは個別流路容積を多く確保できているので、ＦＬ間隔を変化させたときの必要ＦＬ量の変化はＢの記録ヘッドよりは抑えられているものの、十分ではない。その結果、フラッシング処理の頻度やインク消費量が比較的多くなってしまう。図３中のＤに対応する記録ヘッドは、ノズルの最短ピッチが１／３００インチ以下の比較的小型の記録ヘッドであって、ノズル連通口を有する構成のものである。このノズル連通口が形成された連通口基板の厚さは２００〔μｍ〕である。これにより、ノズル連通口の容量もＣの記録ヘッドのものよりも大きくなっている。このため、このＤの記録ヘッドにおける上記流路の容量は、本発明における条件内である４４００〔ｐｌ〕となっている。このため、ＦＬ間隔を変化させたときの必要ＦＬ量の変化は、本発明の条件を満たさないＢやＣの記録ヘッドと比較して大幅に抑えられている。したがって、フラッシング処理の頻度やインク消費量も、ＢやＣの記録ヘッドの場合と比較して大幅に低減することが可能である。
【００３８】
そして、図３中のＥに対応する記録ヘッドは、ノズルの最短ピッチが１／３００インチ以下の比較的小型の記録ヘッドであって、ノズル連通口を有する構成のものである。このノズル連通口が形成された連通口基板の厚さは４００〔μｍ〕である。これにより、ノズル連通口の容量もＤの記録ヘッドのものよりもさらに大きくなっている。このＥのヘッドにおける上記流路の容量は、１／３００インチ以下の記録ヘッドの中で最も大きい６２１０〔ｐｌ〕となっている。このため、ＦＬ間隔を変化させたときの必要ＦＬ量の変化は、Ｄの記録ヘッドと比較してさらに抑えられており、Ａの記録ヘッドに近い程度まで低減されている。すなわち、インクの増粘の進行をより一層抑制することができる。このため、記録紙６上におけるインクの着弾位置が、本来目標とする位置からずれることを抑制することができる。したがって、フラッシング処理の頻度やインク消費量も、Ｄの記録ヘッドの場合と比較してさらに低減することが可能である。
【００３９】
図４は、個別流路容積と間欠保証時間との関係を示すグラフであり、横軸が間欠保証時間〔ｓ〕、縦軸が個別流路容積〔ｐｌ〕である。ここで、間欠保証時間とは、例えば、テストパターンにおいて往路と復路で記録された罫線のズレが前後２０〔μｍ〕まで許容される場合のフラッシング間隔の最大値を意味する。すなわち、罫線のズレが、上記の２５〔μｍ〕よりもさらに狭小な２０〔μｍ〕以内に収まることが保証されるフラッシング間隔である。同図に示すように、個別流路容積が多いほど間欠保証時間が延びる。そして、個別流路容積が４４００〔ｐｌ〕の場合、間欠保証時間が１３〔ｓ〕であるのに対し、個別流路容積が６２１０〔ｐｌ〕であれば、間欠保証時間が１９〔ｓ〕となり、罫線のズレが前後２０〔μｍ〕と高精度な性能を維持しつつ間欠保証時間を大幅に（＋４６％）延長することが可能となる。
【００４０】
このように、圧力室２０におけるインク供給路２２の開口からノズル２３に至るまでの個別流路容積を４４００〔ｐｌ〕以上とすることで、ノズル２３の最短ピッチが１／３００インチ以下の小型の液体噴射ヘッドにおいてもインクの増粘の進行を抑制することができる。これにより、フラッシング間隔を延ばすこと、すなわち、フラッシング処理の実行頻度を低減するができるので、単位時間あたりの印刷処理能力が向上する上、インクの消費を抑えることが可能となる。そして、フラッシング間隔の変化に対するフラッシング処理時のインク消費量の変化の割合が抑えられるので、フラッシング間隔の設定範囲をより広げることができ、より扱いやすい記録ヘッド２を実現することができる。例えば、記録ヘッド２の移動距離が比較的長くなる、より長尺な記録媒体に対して記録を行う用途などより幅広い用途にも対応することが可能となる。そして、個別流路容積を６２１０〔ｐｌ〕とすることで、フラッシング間隔が２０秒に設定された場合のテストパターンにおける罫線のずれ量が２０〔μｍ〕以内に抑えられ、これにより、より高い着弾位置精度を維持しつつ、スループットの向上とインク消費量の低減が期待できる。
また、本実施形態においては、ノズル形成基板１５と圧力室基板１４との間に連通口基板１３が設けられ、ノズル連通口３６が圧力室２０とノズル２３とを連通するので、ノズル連通口３６の容積を調整することで、圧力室２０の容積を大幅に変更することなく、すなわち、圧力室２０同士を仕切る隔壁２０′の高さを変更することなく個別流路容積を４４００〔ｐｌ〕以上に設定することができる。これにより、隔壁２０′の剛性の低下が防止されるので、所謂隣接クロストークの発生を抑制することができる。また、圧力室２０の長さも必要以上に長くならないので、記録ヘッド２の大型化を可及的に抑えることが可能となる。
なお、個別流路容積に関し、±１％以内の誤差は許容されるものとする。
【００４１】
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。
【００４２】
例えば、上記実施形態における記録ヘッド２では、ノズル２３が列状（主走査方向に直交する副走査方向に平行なノズル列）に形成された構成であったが、これには限られず、例えば、ノズルが主走査方向や副走査方向に対して斜めに並設されたものや、ノズルがマトリックス状に配列されたものにも本発明を適用することが可能である。このような構成の液体噴射ヘッドにおいて、ノズル同士の最小距離（中心間距離）が１／３００インチ以下であれば、同様な課題が生じるため、上記の個別流路に相当する部分の容積を４４００〔ｐｌ〕以上とすることで上記と同様の作用効果が期待できる。
【００４３】
また、圧力発生手段としては、例示した圧電素子１８には限られず、例えば、発熱素子や静電アクチュエーター等の他の圧力発生手段を用いる構成においても本発明を適用することが可能である。
【００４４】
そして、上記各実施形態では、本発明の液体噴射ヘッドとして、インクを噴射する記録ヘッド２を例示したが、これには限られない。例えば、Ｒ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射するディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドや、液状の電極材料を噴射する電極形成装置用の電極材噴射ヘッドや、生体有機物の溶液を噴射するチップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッド等であって、平板状粒子を含む液体を噴射する液体噴射ヘッドにも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１…プリンター，２…記録ヘッド，５′…フラッシングボックス，６…記録紙，１３…連通口基板，１４…圧力室基板，１５…ノズル基板，１８…圧電素子，２０…圧力室，２２…インク供給路，２３…ノズル，３０…リザーバー，３６…ノズル連通口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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