(57)【要約】【課題】同一のノズル列におけるノズル開口間の吐出特性の差を低減させることが可能な液体噴射ヘッドを提供する。【解決手段】圧力室と共通インク室１７とを備え、圧力室に対応して設けた振動板などの圧力発生源の動作によって液滴を吐出する記録ヘッドであって、共通インク室１７を区画形成している区画壁の一部を、他の部分よりも薄肉に構成してノズル列方向に長尺なダイヤフラム部２８とし、該ダイヤフラム部２８の面上にノズル列方向に長尺な島状の梁部２９を形成した。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノズル開口を列設してなるノズル列を有し、各ノズル開口に連通する圧力室と、各圧力室に液体供給路を介して供給する液体を貯留する共通液体室とを備え、圧力室に対応して設けた圧力発生源の作動によって前記ノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドであって、
前記共通液体室を区画形成している区画壁の一部を、他の部分よりも薄肉に構成して前記ノズル列方向に長尺なダイヤフラム部とし、
該ダイヤフラム部の面上に前記ノズル列方向に長尺な島状の梁部を形成したことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
複数のノズル開口を列設したノズル列を有するノズル形成基板と、
表面に形成した凹部の開口部を前記ノズル形成基板によって封止することで、各ノズル開口に連通する圧力室を区画形成すると共に、各圧力室に液体供給路を介して供給する液体を貯留する共通液体室を区画形成する流路形成基板と、
を備え、
前記圧力室に対応して設けた圧力発生源の作動によって前記ノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドであって、
前記ノズル形成基板は、前記共通液体室を区画形成している区画壁の一部を、他の部分よりも薄肉に構成して前記ノズル列方向に長尺なダイヤフラム部とし、該ダイヤフラム部の面上に前記ノズル列方向に長尺な島状の梁部を形成したこと特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記梁部は、ダイヤフラム部の外面と内面の少なくとも一方に形成された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】
前記梁部は、ダイヤフラム部のノズル列方向の端に至る手前まで延在する状態で両端部分が形成されたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記梁部を複数本形成したことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
前記梁部は、エッチングによって前記ダイヤフラム部と一体に形成されることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の液体噴射ヘッド。
【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等の液体噴射ヘッドに係り、特に、複数のノズル開口を列設してなるノズル列を有し、共通液体室に貯留された液体を圧力室を介してノズル開口から液滴として吐出可能な液体噴射ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体を液滴として吐出可能な液体噴射ヘッドの代表的なものとして、例えば、記録紙等の記録媒体（吐出対象物）に対して液体状のインクを吐出・着弾させて記録を行うインクジェット式プリンタ（液体噴射装置の一種。以下、プリンタという。）に搭載されるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッドという。）を挙げることができる。また、この他、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】
この液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッドとしては、ノズル開口に連通する圧力室と、この圧力室に供給する液体を導入する共通インク室（共通液体室）と、この共通インク室と圧力室を連通して共通インク室内のインクを圧力室側に供給するインク供給路（共通液体流路）とを備え、駆動手段（圧力発生源）を作動させて圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることによって、圧力室内のインクをノズル開口からインク滴（液滴の一種）として吐出可能に構成したものがある。この記録ヘッドとしては、種々の駆動方式のものがある。例えば、圧電振動子や発熱素子等の圧力発生素子を備え、この圧力発生素子を作動させることでインク滴を吐出するように構成したものや、対向電極間に発生する静電気力により、圧力室を区画する弾性面（振動板）を弾性変形させてインク滴を吐出するように構成したもの等がある（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１１５１７９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、特許文献１に記載された記録ヘッドでは、複数のノズル開口を列設してなるノズル列を有し、この１つのノズル列に対して１つの共通インク室からインクが供給されるように構成されている。そして、インク滴を吐出するために圧力室に圧力変動を起こすと、この圧力変動によって生じたインクの圧力流がインク供給路を介して共通インク室内のインクに伝達する。すると、共通インク室内に圧力変動が生じて、この共通インク室内のインクで圧力流の振動が反射して各インク供給路を介して各圧力室内のインクに伝わる。これにより、吐出特性が不安定となる等の不具合が生じる。そのため、この記録ヘッドでは、共通インク室を区画形成している区画壁の一部に他の部分よりも薄肉な圧力変動緩衝部分を形成し、この圧力変動緩衝部分にコンプライアンス性を持たせることにより、共通インク室内のインクの圧力変動を吸収させている。
【０００６】
しかしながら、この共通インク室内のインクの圧力変動を短時間で全て吸収することは困難であり、吸収しきれずに残った圧力流による振動（残留振動）が共通インク室内で反射して各圧力室に伝達される。また、共通インク室はノズル列方向に長尺であるため、共通インク室内でインクの圧力流が干渉することにより特にノズル列方向に対して圧力変動緩衝部分が不均一に変形して振動する。このため、ノズル列方向に列設された各圧力室に不均一な残留振動が伝達されることになる。この結果、同一のノズル列における各ノズル開口同士の吐出特性が不均一になるといった問題があった。
【０００７】
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、同一のノズル列におけるノズル開口間の吐出特性の差を低減させることが可能な液体噴射ヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、複数のノズル開口を列設してなるノズル列を有し、各ノズル開口に連通する圧力室と、各圧力室に液体供給路を介して供給する液体を貯留する共通液体室とを備え、圧力室に対応して設けた圧力発生源の作動によって前記ノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドであって、
前記共通液体室を区画形成している区画壁の一部を、他の部分よりも薄肉に構成して前記ノズル列方向に長尺なダイヤフラム部とし、
該ダイヤフラム部の面上に前記ノズル列方向に長尺な島状の梁部を形成したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の液体噴射ヘッドは、複数のノズル開口を列設したノズル列を有するノズル形成基板と、
表面に形成した凹部の開口部を前記ノズル形成基板によって封止することで、各ノズル開口に連通する圧力室を区画形成すると共に、各圧力室に液体供給路を介して供給する液体を貯留する共通液体室を区画形成する流路形成基板と、
を備え、
前記圧力室に対応して設けた圧力発生源の作動によって前記ノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドであって、
前記ノズル形成基板は、前記共通液体室を区画形成している区画壁の一部を、他の部分よりも薄肉に構成して前記ノズル列方向に長尺なダイヤフラム部とし、該ダイヤフラム部の面上に前記ノズル列方向に長尺な島状の梁部を形成したこと特徴とする。
【００１０】
これらの構成によれば、ダイヤフラム部の面上に前記ノズル列方向に長尺な島状の梁部を形成したので、ダイヤフラム部のノズル列方向の剛性が向上して不均一に撓むことが抑えられる。したがって、各圧力室から液滴吐出時の圧力変動が共通液体室内の液体に伝達された場合、ダイヤフラム部がノズル列方向に対して均一に振動すると共に、共通液体室内の液体の圧力変動を吸収することができる。これにより、共通液体室内から反射して各圧力室内の液体に伝達される残留振動をほぼ均一にすることができる。このことから、各圧力室に連通し、ノズル列を構成する各ノズル開口おける液滴の吐出特性を均一にすることができる。即ち、各圧力室内の液体に残留振動が生じていても、同一ノズル列における各ノズル開口同士の液滴の吐出特性の差を低減させることができる。この結果、記録画質の品質を向上させることができる。
【００１１】
上記各構成において、前記梁部が、ダイヤフラム部の外面と内面の少なくとも一方に形成されることが望ましい。
【００１２】
上記各構成において、前記梁部が、ダイヤフラム部のノズル列方向の端に至る手前まで延在する状態で両端部分が形成されることが望ましい。
【００１３】
上記構成によれば、ダイヤフラム部における梁部の両端部周辺にもコンプライアンス性を持たせることができるため、共通液体室内の液体の圧力変動を吸収することに支障を来たす虞がない。
【００１４】
上記各構成において、前記梁部を複数本形成することが好ましい。
【００１５】
上記各構成において、前記梁部が、エッチングによって前記ダイヤフラム部と一体に形成されることが望ましい。
【００１６】
上記構成によれば、別途に梁部を形成する必要がなく、この梁部のみを形成する工程を省略できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、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、本発明の液体噴射装置として、インクジェット式記録装置（インクジェット式プリンタ：以下、プリンタという）を例に挙げて説明する。
【００１８】
図１は、プリンタの基本構成を説明する斜視図である。この図１に示すように、プリンタ１は、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッド２が取り付けられると共に、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、記録ヘッド２の下方に配設されたプラテン５と、記録ヘッド２（キャリッジ４）を記録紙６（吐出対象物の一種）の紙幅方向に移動させるキャリッジ移動機構７と、ヘッド移動方向に直交する方向である紙送り方向に記録紙６を搬送する紙送り機構８等を備えて概略構成されている。ここで、紙幅方向とは、主走査方向であり、紙送り方向とは、副走査方向である。なお、インクカートリッジ３としては、キャリッジ４に装着するタイプでも、或いはプリンタ１の筐体側に装着してインク供給チューブを介して記録ヘッド２に供給するタイプでもよい。以下、この記録ヘッド２について説明する。
【００１９】
図２は、本実施形態の記録ヘッドの構成を示す分解斜視図であり、図３は、記録ヘッドの圧力室長手方向の断面図である。記録ヘッド２（ヘッドチップ）は、シリコン製の流路形成基板１２の一方の面に、ガラス製の電極基板１４を、流路形成基板１２の他方の面に、シリコン製のノズル形成基板１３を各々配置して積層し、各部材間を接着剤によって接合することで３層構造となっている。
【００２０】
上記ノズル形成基板１３は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば１８０ｄｐｉ）で複数のノズル開口１５を列状に開設したノズル列１５´を有するシリコン製の板材である。上記流路形成基板１２には、その表面から異方性エッチングを施すことにより、インク流路となる溝部が形成されており、この溝部の開口部分がノズル形成基板１３によって塞がれることにより、各ノズル開口１５に対応して設けられた複数の圧力室１６、各圧力室１６に共通のインクが導入される共通インク室１７（本発明の共通液体室に相当）、及び、共通インク室１７と各圧力室１６とを連通するインク供給路１８（本発明の液体供給路に相当）から成る一連のインク流路が区画される。
【００２１】
この流路形成基板１２において、共通インク室１７となるノズル列方向に長尺な溝部の底面には、基板厚さ方向に貫通したインク導入口２４が開設されている。また、各圧力室１６となる溝部の底面には、ヘッド積層方向（図３において上下方向）に弾性変位可能な弾性面として機能する振動板１９が形成されている。即ち、この振動板１９は、圧力室１６の少なくとも一方の面を区画するように構成される。そして、流路形成基板１２には共通電極端子２０が形成されており、この流路形成基板１２は導電性を有するので、上記振動板１９は、共通電極としても機能するようになっている。なお、流路形成基板１２における電極基板１４が接合される面には、無機ガラスからなる絶縁層（図示せず）が設けられている。また、本実施形態において、流路形成基板１２は、Ｓｉ基板をエッチング処理することによって作製される。
【００２２】
上記電極基板１４は、ホウ珪酸ガラスによって作製されている。このホウ珪酸ガラスは、熱膨張率がシリコンと同程度である。このため、温度変化によるヘッド構成部材間の剥離が生じ難くなっている。この電極基板１４の流路形成基板１２に接合される面において、圧力室１６の振動板１９に対向する位置には、トレイ状に浅くエッチングされた凹部１４ａが、各圧力室１６に対応して形成されている。この凹部１４ａの底面には、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの薄膜を積層して形成された個別電極２１がそれぞれ敷設されている。各個別電極２１は、各圧力室１６に対応して延在するセグメント電極２１ａと、外部に露出している電極端子部２１ｂとから構成されている。そして、電極基板１４を流路形成基板１２に接合すると、各圧力室１６の振動板１９と各個別電極２１のセグメント電極２１ａとが、狭小な隙間を形成した状態でそれぞれ対向する。この隙間は封止材２２によって封止されて密閉状態となっている。
【００２３】
また、この電極基板１４には、基板厚さ方向を貫通したインク導入路２３が形成されており、このインク導入路２３は、流路形成基板１２との接合状態でインク導入口２４と連通するようになっている。このインク導入路２３とインク導入口２４を通じて、例えばプリンタ１側に設けられたインクタンク（図示せず）からのインクが共通インク室１７内に導入されるようになっている。そして、共通インク室１７のインクは、この共通インク室１７から分岐したインク供給路１８を通って各圧力室１６に分配供給される。各圧力室１６内のインクは、この圧力室１６に連通するノズル開口１５に供給される。即ち、本実施形態では、１つの共通インク室１７に１つのノズル列１５´が対応してインクが供給されるように構成されている。
【００２４】
流路形成基板１２の共通電極端子２０と、電極基板１４の個別電極２１との間には、駆動電圧供給源２５が電気的に接続されている。この駆動電圧供給源２５によって、各個別電極２１と共通電極端子２０との間に駆動電圧が印加される。これにより、共通電極として機能する振動板１９と個別電極２１との間に静電気力が発生し、この静電気力によって、振動板１９が弾性変形して個別電極２１側に撓み、セグメント電極２１ａの表面に吸着する。この結果、圧力室１６の容積が増加して、インク供給路１８を通じて共通インク室１７側からインクが圧力室１６内に流入する。そして、駆動電圧供給源２５からの駆動電圧が非印加状態となって静電気力が解除されると、振動板１９はその弾性力によってセグメント電極２１ａの表面から離れて初期状態に復帰する。その結果、圧力室１６の容積が急激に減少する。これにより、圧力室１６内のインクに圧力変動が生じ、この圧力変動によって圧力室１６内のインクの一部が、ノズル開口１５からインク滴として吐出される。即ち、振動板１９、共通電極端子２０、個別電極２１、及び駆動電圧供給源２５は、本発明における圧力発生源として機能する。
【００２５】
ここで、本実施形態の記録ヘッド２におけるノズル形成基板１３は、共通インク室１７を区画形成している区画壁の一部を他の部分よりも薄肉に構成し、この薄肉部分をノズル列方向に長尺なダイヤフラム部２８としている。そして、このダイヤフラム部２８の流路形成基板１２側とは反対側の面上に、ノズル列方向に長尺な島状の梁部２９をダイヤフラム部２８と一緒に形成している。なお、図４（ａ）はノズル形成基板のダイヤフラム部を説明する平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ方向の断面図であり、図５はノズル形成基板のダイヤフラム部の振動状態を説明する図４（ａ）のＡ−Ａ方向の断面図である。以下、ダイヤフラム部２８と梁部２９について詳しく説明する。
【００２６】
上記ダイヤフラム部２８は、図２から４に示すように、共通インク室１７となる溝部の開口面に対応させてノズル列方向に長尺な略長方形状（若しくは平行四辺形状）の領域である。本実施形態では、共通インク室１７となる溝部の開口面に対向する領域のノズル形成基板１３を、異方向性エッチングにより肉厚を部分的に除去して形成している。そして、このダイヤフラム部２８は、上述した他のインク流路となる溝部やノズル開口１５等と一体に形成され、共通インク室１７を区画形成する区画壁となる領域の一部を薄肉にし、コンプライアンス性を持たせている。これにより、共通インク室１７内のインクの圧力変動を吸収するダンパーとして機能する。また、このダイヤフラム部２８には、流路形成基板１２側とは反対側の面上、即ち、共通インク室１７の外面上に、このノズル列方向に長尺な島状の梁部２９を形成している。また、この梁部２９は、長手方向の両側縁をダイヤフラム部２８の側縁から隔離し、その両端部がダイヤフラム部２８のノズル方向の端に至る手前まで延在した状態で形成されている。即ち、このダイヤフラム部２８は、幅方向中央に梁部２９を有し、この梁部２９を囲む薄肉の領域で構成される。これにより、ダイヤフラム部２８における梁部２９の両端部周辺にもコンプライアンス性を持たせることができるため、共通インク室１７内のインクの圧力変動を吸収することに支障を来たす虞がない。なお、本実施形態における梁部２９は、他の部分と同様に、異方向エッチングによりダイヤフラム部２８と一体に形成される。したがって、別途に梁部２９を形成する必要がなく、この梁部２９のみを形成する工程を省略できる。
【００２７】
また、上記共通インク室１７内のインクに、各圧力室１６からインク滴吐出時の圧力変動が伝達すると、共通インク室１７内のインクが振動し、その振動に伴い、図５に示すように、ダイヤフラム部２８が上下に振動する。この時、本実施形態のダイヤフラム部２８は、その面上にノズル列方向に長尺な島状の梁部２９を形成しているので、ノズル列方向の剛性が向上して不均一に撓むことが抑えられる。したがって、ダイヤフラム部２８は、ノズル列方向に対して均一に振動すると共に、共通インク室１７内のインクの圧力変動を吸収することができる。これにより、共通インク１７室から反射して各圧力室１６内のインクに伝達される残留振動をほぼ均一にすることができる。このことから、１つのノズル列１５´を構成する各ノズル開口１５から吐出されるインク滴の吐出特性を均一にすることができる。即ち、各圧力室１６内のインクに残留振動が生じていても、同一ノズル列１５´における各ノズル開口１５同士のインク滴の吐出特性の差を低減させることができる。この結果、記録ヘッド２における各ノズル列１５´の吐出特性を均一にすることができる。このことから、インク滴の着弾位置ずれを減少させることができ、記録のムラを抑えて記録画質の品質を向上させることができる。
【００２８】
ところで、本発明は、上記の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。上記梁部２９に関し、ダイヤフラム部２８（共通インク室１７）の外面に形成したものを例示したが、これに限らず、ダイヤフラム部２８の外面と内面の少なくとも一方に形成してもよい。例えば、図６（ａ）に示すように、ノズル列方向に長尺な梁部２９をダイヤフラム部２８（共通インク室１７）の内面に形成してもよいし、また、同図（ｂ）に示すように、ダイヤフラム部２８（共通インク室１７）の内面と外面との両方に形成してもよい。要は、ダイヤフラム部２８がノズル列方向に均一に振動するように梁部２９を設けて剛性を向上させることができれば、どのような形状でもよい。
【００２９】
また、上記実施形態では、ダイヤフラム部２８に一本の梁部２９を形成した例を示したが、これに限らず、梁部２９を複数本に分割して形成してもよい。例えば、図７（ａ）に示すように、ノズル列方向に直列に３本並べて形成してもよし、また、図７（ｂ）に示すように、ノズル列方向に直交する方向に並列に２本並べて形成してもよい。以上のように、本発明は、ダイヤフラム部２８がノズル列方向に均一に振動するように梁部２９を設ければよいので、ダイヤフラム部２８における外面と内面等の配置関係、形状、数を適宜組み合わせて設定することができる。
【００３０】
また、上記実施形態では、流路形成基板１２の共通インク室１７となる溝部を封止する区画壁の一部のダイヤフラム部２８とこのダイヤフラム部２８の面上に形成された梁部２９とを、シリコン製の板材からなるノズル形成基板１３をエッチングにより部分的に除去して形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。例えば、ステンレス等の支持板の表面にＰＰ（ポリプロピレン）等からなる弾性体膜を積層した弾性板を、エッチングにより部分的に除去して、弾性体膜のみからなるダイヤフラム部に支持板からなる梁部を形成してもよい。
【００３１】
また、以上では、液体噴射装置に搭載される液体噴射ヘッドとして、インクジェット式記録ヘッド２を例に挙げて説明したが、本発明は複数の圧力室が連通する共通インク室（共通液体室）を有するものであれば他の液体噴射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にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】プリンタの基本構成を説明する斜視図である。
【図２】本発明を適用した記録ヘッドの構成を説明する分解斜視図である。
【図３】記録ヘッドの圧力室長手方向の断面図である。
【図４】（ａ）はノズル形成基板のダイヤフラム部を説明する平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ方向の断面図である。
【図５】ノズル形成基板のダイヤフラム部の振動状態を説明する図４（ａ）のＡ−Ａ方向の断面図である。
【図６】ダイヤフラム部の梁部の変形例を示す図４（ａ）のＡ−Ａ方向の断面図である。
【図７】ノズル形成基板におけるダイヤフラム部の梁部の変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…プリンタ，２…記録ヘッド，３…インクカートリッジ，４…キャリッジ，５…プラテン，６…記録紙，７…キャリッジ移動機構，８…紙送り機構，１２…流路形成基板，１３…ノズル形成基板，１４…電極基板，１４ａ…凹部，１５…ノズル開口，１６…圧力室，１７…共通インク室，１８…インク供給路，１９…振動板，２０…共通電極端子，２１…個別電極，２１ａ…セグメント電極，２１ｂ…電極端子部，２２…封止材，２３…インク導入路，２４…インク導入口，２５…駆動電圧供給源，２８…ダイヤフラム部，２９…梁部
【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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