(57)【要約】【課題】ノズル開口の形成ピッチを従来より高密度化しても、貫通孔隔壁に必要な剛性を確保する。【解決手段】圧力室内の液体に生じた圧力変動を利用することで、ノズル開口から液滴を吐出可能に構成した液体噴射ヘッドにおいて、圧力室空部を、圧力室列設方向と直交する方向に細長く、その一端が供給口を介してリザーバに連通された扁平な浅溝部２０と、流路基板を貫通して浅溝部２０の他端とノズル開口２２との間を連通する貫通孔部２１とから構成し、各貫通孔部２１を、隣の貫通孔部２１に対して浅溝部長手方向へ位置をずらして千鳥状に形成する。【選択図】      図２
2005034997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力室となる圧力室空部を、隔壁を挟んで複数列設してなる流路基板と、
前記流路基板の一方の面に接合され、前記圧力室空部における一側の開口を塞ぐ封止部材と、
前記封止部材とは反対側の面に個々の圧力室空部に対応して設けられ、該圧力室空部内に臨む状態で形成されたノズル開口と、
前記封止部材に設けられて、圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子とを有し、
前記圧力室内の液体に生じた圧力変動を利用することで、前記ノズル開口から液滴を吐出可能に構成した液体噴射ヘッドにおいて、
前記圧力室空部を、圧力室列設方向と直交する方向に細長く、その一端が液体供給口を介してリザーバに連通された扁平な浅溝部と、前記流路基板を貫通して前記浅溝部の他端とノズル開口との間を連通する貫通孔部とから構成し、
各貫通孔部を、隣の貫通孔部に対して浅溝部長手方向へ位置をずらし、千鳥状に形成したことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
隣り合う貫通孔部同士のずれ量を貫通孔部の開口長さの１／２以上に設定した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】
前記液体供給口を、同列に属する各浅溝部に対して同一側に設け、共通のリザーバから液体を供給可能としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
各圧力室空部を同一形状とし、各貫通孔部の形成位置に応じて各液体供給口を千鳥状にずらして形成したことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
各貫通孔部の形成位置に応じて圧力発生素子を千鳥状にずらして形成したことを特徴とする請求項４に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
各液体供給口の形成位置を、各貫通孔部の形成位置に拘わらず圧力室列設方向に揃えたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
【請求項７】
各圧力発生素子の形成位置を、各貫通孔部の形成位置に拘わらず圧力室列設方向に揃えたことを特徴とする請求項６に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項８】
リザーバから遠い側に位置する貫通孔部の断面積を、リザーバから近い側に位置する貫通孔部の断面積よりも広くしたことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項９】
前記液体供給口を、浅溝部に連通する狭窄部と、該狭窄部とリザーバの間を連通する浅溝供給部とから構成し、
各貫通孔部の形成位置に応じて狭窄部を千鳥状にずらして形成すると共に、リザーバから遠い側に位置する狭窄部の断面積を、リザーバから近い側に位置する狭窄部の断面積よりも広くしたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
【請求項１０】
隣り合う貫通孔部同士が重なっている貫通孔部の重畳部分に前記ノズル開口を臨ませ、各ノズル開口を直線上に配置したことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
【請求項１１】
隣り合う貫通孔部同士が重なっていない貫通孔部の非重畳部分に前記ノズル開口を臨ませたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
【請求項１２】
前記圧力発生素子が圧電素子であることを特徴とする請求項１から請求項１１の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
【請求項１３】
前記圧力発生素子が発熱素子であることを特徴とする請求項１から請求項１１の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力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を吐出させる液体噴射ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧力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を吐出させる液体噴射ヘッドとしては、例えば、画像記録装置用の記録ヘッドや製造装置用の噴射ヘッドが提供されている。記録ヘッドを有する画像記録装置としては、インクジェット式プリンタ、インクジェット式プロッタ、ファクシミリ装置が提供されている。また、噴射ヘッドを有する製造装置としては、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が提供されている。そして、上記の画像記録装置では記録ヘッドから液状のインクを吐出し、ディスプレー製造装置では色材噴射ヘッドからＲ（Ｒｅｄ）・Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）・Ｂ（Ｂｌｕｅ）の各色材の溶液を吐出する。また、電極製造装置では電極材噴射ヘッドから液状の電極材料を吐出し、チップ製造装置では生体有機物噴射ヘッドから生体有機物の溶液を吐出する。
【０００３】
このような液体噴射ヘッドは、圧力発生素子の作動に伴う液体の圧力変動を利用して液滴を吐出させるので、圧力発生素子の状態変化を効率よく液体に伝達することが求められる。このため、従来の液体噴射ヘッドの圧力室としては、例えば、一端が液体供給口を通じてリザーバに連通された浅溝部と、液体供給口から遠い側の浅溝部先端からノズル開口まで板厚方向に貫通する貫通孔部とからなる断面倒Ｌ字形状のものが提案されている（例えば、特許文献１）。この液体噴射ヘッドでは、圧力発生素子の作動によって浅溝部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開口から液滴を吐出させる。このＬ字形状の圧力室は、例えば、１４１μｍ間隔（即ち、ノズル開口で１８０ｄｐｉ相当）で形成されていた。これに伴い、圧力室の幅は１１０μｍ、隣り合う圧力室同士を区画する流路隔壁の幅は３１μｍ、流路隔壁の高さ（浅溝部の深さ）は５０〜１００μｍにそれぞれ設定されていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−３２７９０９号公報（第５図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この種の液体噴射装置では、ノズル開口をより高密度化することが求められている。ここで、単にピッチを半分にすると（例えば、ノズル開口を３６０ｄｐｉ相当に設けると）、圧力室の幅や流路隔壁の幅が半分になる。そして、流路隔壁の厚みが半分になると剛性が下がるため、流路隔壁が圧力室内の液体圧力で変形してしまう可能性が高くなる。流路隔壁が変形してしまうと、隣の圧力室内の液体に圧力変動が生じ、インク滴の吐出特性がずれてしまう虞がある。即ち、隣接するノズル開口の吐出状態に応じて、注目するノズル開口の吐出特性が異なる現象（いわゆる隣接クロストーク）が生じ得る。この隣接クロストーク現象が顕著に現れると、非吐出のノズル開口であるにも拘わらず、隣接する圧力室の影響によってインク滴が吐出してしまういわゆるミスファイヤー現象が生じてしまう。
【０００６】
特に、貫通孔部は基板を貫通しているので、貫通孔部同士を区画する流路隔壁（貫通孔隔壁）は、浅溝部同士を区画する流路隔壁（浅溝隔壁）よりも剛性が低くなりがちであり変形しやすい。従って、貫通孔隔壁については変形を確実に防止する必要がある。この場合において、貫通孔隔壁を従来よりも厚くして剛性を高めることが考えられるが、ノズル開口の形成ピッチを高密度化するという要求に反することとなり、好ましくない。
【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、ノズル開口の形成ピッチを従来より高密度化しても、貫通孔隔壁に必要な剛性を確保できる液体噴射ヘッドを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、圧力室となる圧力室空部を、隔壁を挟んで複数列設してなる流路基板と、
前記流路基板の一方の面に接合され、前記圧力室空部における一側の開口を塞ぐ封止部材と、
前記封止部材とは反対側の面に個々の圧力室空部に対応して設けられ、該圧力室空部内に臨む状態で形成されたノズル開口と、
前記封止部材に設けられて、圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子とを有し、
前記圧力室内の液体に生じた圧力変動を利用することで、前記ノズル開口から液滴を吐出可能に構成した液体噴射ヘッドにおいて、
前記圧力室空部を、圧力室列設方向と直交する方向に細長く、その一端が液体供給口を介してリザーバに連通された扁平な浅溝部と、前記流路基板を貫通して前記浅溝部の他端とノズル開口との間を連通する貫通孔部とから構成し、
各貫通孔部を、隣の貫通孔部に対して浅溝部長手方向へ位置をずらし、千鳥状に形成したことを特徴とする。
【０００９】
この発明において、隣り合う貫通孔部同士のずれ量を、貫通孔部の開口長さの１／２以上に設定する構成が好ましい。なお、貫通孔部の開口長さとは、浅溝部長手方向の長さを意味する。
【００１０】
これらの発明によれば、圧力室列設方向に見て、隣りの貫通孔部と重なっていない非重畳部分が作成される。そして、この非重畳部分に存在する貫通孔隔壁は、１つ先の貫通孔部との間に亘って設けられる。このため、貫通孔隔壁を十分に厚くでき、変形を防止することができる。
【００１１】
上記発明において、前記液体供給口を、同列に属する各浅溝部に対して同一側に設け、共通のリザーバから液体を供給可能とする構成が好ましい。
この発明によれば、一列の圧力室に対して共通のリザーバーから液体が供給されるため、液体噴射ヘッドの小型化、構造の簡略化が図れる。
【００１２】
上記発明において、各圧力室空部を同一形状とし、各貫通孔部の形成位置に応じて液体供給口の形成位置を千鳥状にずらす構成が好ましい。この場合、各貫通孔部の形成位置に応じて、圧力発生素子の形成位置も千鳥状にずらす構成が好ましい。
この発明によれば、貫通孔部がリザーバから遠い側の圧力室と、貫通孔部がリザーバから近い側の圧力室の形状を同一にできるため、これらの圧力室におけるＴｃ特性（共振周波数特性）を揃えることができる。さらに、圧力発生素子による圧力発生点、即ち、液体に対する圧力の付与や減圧を行う場所に関し、ノズル開口からの位置を各圧力室で揃えることができる。その結果、より確実に吐出特性を揃えることが出来る。
【００１３】
上記発明において、各液体供給口の形成位置を、各貫通孔部の形成位置に拘わらず圧力室列設方向に揃える構成としてもよい。この場合、圧力発生素子の形成位置も、各貫通孔部の形成位置に拘わらず圧力室列設方向に揃える構成が好ましい。
これらの発明によれば、櫛歯状の圧力発生素子を使用することができ、設計の自由度が増す。
【００１４】
上記発明において、リザーバから遠い側に位置する貫通孔部の断面積を、リザーバから近い側に位置する貫通孔部の断面積よりも広くする構成が好ましい。同様に、リザーバから遠い側に位置する狭窄部の断面積を、リザーバから近い側に位置する狭窄部の断面積よりも広くする構成が好ましい。
これらの発明によれば、浅溝部の長さの差やリザーバから液体供給口までの長さの差に起因するイナータンスの違いが貫通孔部のイナータンス或いは狭窄部のイナータンスによって調整される。これにより、各圧力室の固有振動周期を揃えることができ、液滴の吐出特性を揃えることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は、液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド（即ち、本発明における液体の一種である液体状のインクをインク滴として吐出させるもの。以下、記録ヘッドという。）を例に挙げて行う。
【００１６】
まず、図１に基づき、記録ヘッド１の全体構成について説明する。例示した記録ヘッド１は、所謂圧電薄膜ヘッドと呼ばれるものであり、薄膜アクチュエータ２と、流路ユニット３と、ドライバユニット４とから概略構成されている。薄膜アクチュエータ２は、インク（本発明の液体の一種）に対して圧力変動を生じさせる部材であり、弾性膜５や圧電素子（ＰＺＴ）６等を備える。流路ユニット３は、圧力室７やリザーバ８等を有する部材であり、本実施形態では、圧力室７となる圧力室空部９やリザーバ８となるリザーバ空部１０が設けられた流路基板１１と、この流路基板１１の表面に接合されるノズルプレート１２とを備えている。ドライバユニット４は、圧電素子６に駆動信号を供給するための部材であり、ドライバＩＣ１３と実装基板１４等から構成される。
【００１７】
上記の薄膜アクチュエータ２は、本発明の封止部材の一種である弾性膜５と、流路基板１１とは反対側の弾性膜５の表面に形成された圧電素子６（ＰＺＴ）とを備えており、圧電素子６の変形によって弾性膜５を撓ませる構成である。弾性膜５は、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）に重ねて酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を形成した２層構造であり、その厚さは合計で約１４００ｎｍである。この弾性膜５の表面には下部電極１５が圧力室７の長手方向に沿って延在している。そして、この下部電極１５の上に圧電素子６が設けられている。
【００１８】
圧電素子６は本発明の圧力発生素子の一種である。例示した圧電素子６は、その幅（圧力室列設方向の幅）が約３５μｍであって、その長さ（浅溝部長手方向の長さ）が５００μｍである。この圧電素子６は、圧力室７に対応する数だけ圧力室列設方向（ノズル列方向）に列設されている。本実施形態では、ノズル開口を約７０μｍ間隔（３６０ｄｐｉ相当）で設けていることに伴い、圧電素子６も約７０μｍ間隔で設けている。下部電極１５と反対側の圧電素子表面には、上部電極１６を形成している。この上部電極１６は、第１引出配線１７に導通（電気的に接続）されており、この第１引出配線１７を介して駆動信号が供給される。この他に、弾性膜５の表面には、共通電極用の第２引出配線１８が形成されている。この第２引出配線１８は、その一部がボンディングパッドとして構成され、他の一部が下部電極１５に導通されている。なお、この第２引出配線１８は共通電位に調整されている。
【００１９】
上記の流路基板１１は、例えば、シリコンウェハ（シリコンの単結晶板）をエッチング加工することで作製される。即ち、このエッチング加工により、圧力室空部９、リザーバ空部１０、及び、これらの圧力室空部９とリザーバ空部１０との間を連通するインク供給口１９（本発明における液体供給口の一種，図２参照）を形成している。そして、圧力室空部９は、浅溝部２０と貫通孔部２１とから構成される。浅溝部２０は、ノズル開口２２の列（ノズル列）の形成方向とは直交する方向に細長く、その一端がインク供給口１９を介してリザーバ空部１０に連通された扁平な凹部である。貫通孔部２１は、流路基板１１を板厚方向に貫通して浅溝部先端とノズル開口２２との間を連通する。また、本実施形態では、同じノズル列に属するインク供給口１９については、浅溝部２０の同一側に設けている。これは、共通のリザーバ８からインクを供給できるようにするためである。即ち、インク供給口１９を浅溝部２０の一側に設けることで、記録ヘッド１の小型化や構造の簡略化を図っている。なお、この流路基板１１については後で詳細に説明する。
【００２０】
上記のノズルプレート１２は、複数のノズル開口２２が列状に形成された薄手の板材であり、本実施形態ではステンレス板によって作製している。本実施形態では、上記したようにこのノズル開口２２を７０μｍ間隔で設けている。このノズルプレート１２は、弾性膜５とは反対側の流路基板表面に接合され、この接合状態において、各ノズル開口２２が対応する圧力室空部９（詳しくは、貫通孔部２１）に臨む。そして、各ノズル開口２２の形成位置は、貫通孔部２１の形成位置に応じて定まる。即ち、各ノズル開口２２は、対応する貫通孔部２１の開口中心に臨むように開設されている。そして、後述するように、各貫通孔部２１は千鳥状に形成されるので、各ノズル開口２２も千鳥状に開設される。
【００２１】
上記のドライバユニット４は、ドライバＩＣ１３と実装基板１４とから概略構成されている。ドライバＩＣ１３は、圧電素子６への駆動信号の供給を制御する部分であり、印字データ（ドットパターンデータ）に基づき、駆動信号発生部（図示せず）からの駆動信号を圧電素子６に供給する。実装基板１４は、ドライバＩＣ１３が実装される基板であり、本実施形態ではシリコンの単結晶板によって作製されている。この実装基板１４は、上記の薄膜アクチュエータ２の上に重ねられた状態で接合される。このため、実装基板１４の一方の表面（薄膜アクチュエータ２側の表面）にはエッチングによって窪部を形成してあり、圧電素子６などの一部分を収納可能な空間を構成している。また、窪部形成面とは反対側の表面（ドライバ実装面）には、共通電極２３を形成している。そして、ドライバ実装面に実装されたドライバＩＣ１３は、ボンディングワイヤ２４によって共通電極２３や第１引出配線１７に導通される。また、共通電極２３と第２引出配線１８との間もボンディングワイヤ２４によって導通されている。
【００２２】
以上の構成を有する記録ヘッド１では、圧電素子６の作動によってノズル開口２２からインク滴を吐出させることができる。即ち、インクカートリッジ等のインク供給源から供給されたインクは一旦リザーバ８に貯留され、その後、インク供給口１９を通じて圧力室７内に導入される。この圧力室７は、圧電素子６の変形によって容積が変化する。具体的には、充電によって圧電素子６は圧力室７側に凸となるように撓む。このため、圧力室７は収縮する。一方、放電によって圧電素子６は戻り方向に変形する。このため、充電状態の圧電素子６を放電すると圧力室７は膨張する。このような圧力室７の容積変化により、圧力室７内に貯留されたインクには圧力変動が生じる。この圧力変動を利用することでノズル開口２２からインク滴を吐出させることができる。
【００２３】
ところで、本実施形態のように、３６０ｄｐｉ程度の高解像度になると、上記の圧力室空部９を７０μｍ間隔で形成する必要がある。この場合、複数の貫通孔部２１を直線上に並べて形成すると、隣り合う貫通孔部２１同士を区画する貫通孔隔壁が極めて薄くなってしまう。特に貫通孔部２１は流路基板１１を貫通しているので、貫通孔隔壁の剛性は低くなりがちであり変形しやすい。この貫通孔隔壁の変形は、所謂隣接クロストークの原因となるので好ましくない。ここで、貫通孔隔壁を従来よりも厚くして剛性を高めることが考えられるが、ノズル開口２２の形成ピッチを高密度化することが困難になってしまう。
【００２４】
このような事情に鑑み、この記録ヘッド１では、浅溝部先端とノズル開口２２の間を連通する貫通孔部２１に関し、各貫通孔部２１を隣の貫通孔部２１に対して浅溝部長手方向へ位置をずらして千鳥状に形成している。以下、この点を中心に、流路基板１１について詳細に説明する。
【００２５】
ここで、図２は流路ユニット３の説明図であり、（ａ）はその一部分を浅溝部２０側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【００２６】
これらの図に示すように、浅溝部２０は、横に細長い平行四辺形状の扁平な窪部によって構成され、圧力室７の全長に亘って形成される。このように、平行四辺形状の空部となっているのは、シリコン単結晶板（例えば、厚さ３３０μｍのシリコンウェハ）の異方性エッチングによって流路基板１１を作製していることによる。即ち、このエッチング加工では、窪部の各面がシリコンの結晶面によって区画されるので、結晶面の角度で形状が定まる。このため、図２（ａ）の例では、浅溝部２０を区画する平行四辺形状の壁部に関し、長辺部分がＹ方向（浅溝部長手方向，圧力室長手方向）と平行に形成され、短辺部分はＸ方向（浅溝部長手方向Ｙと直交する方向，ノズル列方向）に対して時計回り方向に３５度傾斜して形成される。また、この浅溝部２０は、全長（Ｙ方向の長さ）Ｌ２０が５００μｍであり、幅Ｗ２０が５５μｍである。ここで、幅Ｗ２０を５５μｍに設定したのは、弾性膜５の変形量との兼ね合いによる。即ち、所要量のインク滴を吐出させるために最低限必要な幅として５５μｍに設定している。
【００２７】
貫通孔部２１は、上記したように、流路基板１１を板厚方向に貫通して設けられており、浅溝部２０の先端部分（本発明における他端に相当）、即ち、浅溝部２０内におけるリザーバ空部１０から最も離れた場所に形成される。この貫通孔部２１の開口形状もまた平行四辺形状である。これは、流路基板１１を作製するにあたり、レーザーを用いて貫通孔部２１よりも小さい先孔を形成する先孔加工を行った後、シリコン単結晶板をエッチングするエッチング加工を行っていることによる。このため、貫通孔部２１の開口を構成する各辺の角度は、浅溝部２０を構成する各辺の角度と同じになる。そして、この貫通孔部２１の開口幅Ｗ２１は、浅溝部２０の幅Ｗ２０よりも小さく設定され、本実施形態では４０μｍである。
【００２８】
また、この貫通孔部２１の開口は、浅溝部長手方向（Ｙ方向）に細長くなっている。このように、浅溝部長手方向に細長くしたのは、貫通孔部２１におけるイナータンスや流路抵抗を小さくするためである。貫通孔部２１の開口幅Ｗ２１は浅溝部２０の開口幅Ｗ２０以下に設定される。ここで、貫通孔部２１の開口長さＬ２１が短すぎると、貫通孔部２１におけるイナータンスや流路抵抗が過度に大きくなり、インク滴の吐出に支障を来す。そこで、貫通孔部２１の開口長さＬ２１を適正化することで貫通孔部２１の断面積を拡げ、インク滴の吐出を最適化している。
【００２９】
この場合、貫通孔部２１をむやみに拡大すると、圧力室７の体積、すなわち圧力室内のインク容積が大きくなり過ぎるので、圧電素子６を変形させても必要な圧力が得られ難くなる。このため、貫通孔部２１の開口長さＬ２１をむやみに大きくすることはできない。この点を考慮し、本実施形態では、貫通孔部２１の開口長さＬ２１を１２０μｍに設定している。言い換えると、貫通孔部２１における開口幅Ｗ２１と開口長さＬ２１の比を１：３に設定している。なお、この観点で見た場合、貫通孔部２１の開口幅Ｗ２１を４０μｍとした際における開口長さＬ２１の最適値は８０μｍ〜１６０μｍ（開口幅と開口長さの比が１：２〜１：４）である。
【００３０】
上記のインク供給口１９は、隣り合う浅溝部２０同士を区画する流路隔壁２５の一部分を、対向する流路隔壁２５に向かって台形状に突出させることで区画形成されている。このインク供給口１９は、台形状突出部２６の上底部分によって区画される狭窄部２７と、この狭窄部２７よりもリザーバ空部１０側に位置する浅溝供給部２８とから構成される。これらの狭窄部２７及び浅溝供給部２８の深さは、上記した浅溝部２０と同じである。言い換えると、これらの深さは流路隔壁２５の高さＨ２５と同じとなる。本実施形態では、３０μｍの深さに設定されている。また、狭窄部２７の長さＬ２７に関し、本実施形態では１００μｍに設定している。一方、狭窄部２７の幅Ｗ２７は、浅溝供給部２８の長さＬ２８（浅溝部長手方向の長さ）に応じて定められる。これは、狭窄部２７の形成位置が千鳥状にずれていることに起因する。
【００３１】
即ち、狭窄部２７の形成位置を千鳥状にずらした場合、浅溝供給部２８の長さＬ２８も相違する。具体的には、リザーバ８から遠い側の貫通孔部２１（便宜上、第１貫通孔部２１Ａと称する。）に対応する浅溝供給部２８の長さＬ２８Ａは、リザーバ８から近い側の貫通孔部２１（便宜上、第２貫通孔部２１Ｂと称する。）に対応する浅溝供給部２８の長さＬ２８Ｂよりも長くなる。この場合において、狭窄部２７の幅Ｗ２７を同一に設定してしまうと、浅溝供給部２８のイナータンスの違いによって、圧力室７内のインクの固有振動周期（以下、圧力室７の固有振動周期という。）にばらつきが生じてしまう。
【００３２】
この圧力室７の固有振動周期のばらつきを調整すべく、本実施形態では、長い側の浅溝供給部２８に連通する狭窄部２７の幅Ｗ２７Ａを、短い側の浅溝供給部２８に連通する狭窄部２７の幅Ｗ２７Ｂよりも広く設定している。例えば、浅溝供給部２８の長さＬ２８に関し、長い側（Ｌ２８Ａ）が１８０μｍ、短い側（Ｌ２８Ｂ）が３０μｍであったとすると、短い側の浅溝供給部２８に連通する狭窄部２７の幅Ｗ２７Ｂを２０μｍ、長い側の浅溝供給部２８に連通する狭窄部２７の幅Ｗ２７Ａを２６μｍとする。これにより、浅溝供給部２８の長さの差に起因するイナータンスの違いが狭窄部２７のイナータンスによって調整され、インク供給口全体としてイナータンスを揃えることができる。その結果、各圧力室７の固有振動周期を揃えることができる。
【００３３】
隣り合う浅溝部２０同士を区画する流路隔壁２５は、本実施形態ではその幅（厚さ）が約１５μｍに設定されている。流路隔壁２５の幅は、圧力室７（ノズル開口２２）の形成ピッチと浅溝部２０の幅によって規定される。即ち、本実施形態では、圧力室７を約７０μｍ間隔で作製するが、上記したように浅溝部２０の幅は５５μｍに設定される。このため、流路隔壁２５の幅は約１５μｍに定まる。また、この流路隔壁２５の高さ（浅溝部２０の深さ）は上記したように３０μｍに設定されている。流路隔壁２５の高さＨ２５は、圧力室７内のインク圧力によって過度な変形が生じない範囲で可及的に高く設定されるが、貫通孔部２１の高さＨ２１よりも低く設定することが好ましい。このように設定すると、流路基板１１の厚さ方向において、貫通孔部２１の占める割合が浅溝部２０の占める割合よりも多くなり、流路基板全体としてその剛性を高めることができるからである。
【００３４】
また、本実施形態では、圧力室空部９を同一形状に作製している。これは、各圧力室７の固有振動周期を揃え、インク滴の吐出特性の均一化を図るためである。そして、各圧力室空部９は、貫通孔部２１を基準にした所定距離だけ圧力室長手方向に位置をずらして形成されている。即ち、貫通孔部２１を、隣の貫通孔部２１に対して浅溝部長手方向へ位置をずらし、千鳥状に形成している。
【００３５】
具体的には、図２（ａ）に示すように、リザーバ８に近い側に位置する第２貫通孔部２１Ｂの端と、リザーバ８から遠い側に位置する第１貫通孔部２１Ａの端とがほぼ直線上（ノズル列に平行な仮想直線Ｌ１上）に並ぶまで位置をずらしている。このように千鳥状に貫通孔部２１を作製すると、貫通孔部２１同士の間には圧力室列設方向から見ると隣りの貫通孔部２１と重なっていない非重畳部分（圧力室長手方向に重なっていない部分とも表現できる。）が作成される。なお、図２の例では、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、貫通孔部２１の全体が隣の貫通孔部２１と重畳していない。従って、貫通孔部２１の全てが非重畳領域に形成され、各ノズル開口２２も非重畳領域に連通しているといえる。そして、この非重畳部分に存在する貫通孔隔壁２９は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、１つ先の貫通孔部２１との間に亘って設けられる。このため、貫通孔隔壁２９の厚さＷ２９を十分に確保することができて必要な剛性が得られ、その変形を防止することができる。
【００３６】
これにより、ノズル開口２２の形成ピッチを７０μｍ以下にして高密度化しても、貫通孔隔壁２９を必要な厚さに設けることができる。このため、貫通孔隔壁２９として必要な剛性が確保でき、インク滴の吐出時等にてインクが加減圧されても、過度な変形を生じさせることなく、インク滴の吐出特性を安定化することができる。また、圧力室空部９の位置にあわせて圧電素子６の形成位置も変えている。これにより、ノズル開口２２と圧電素子６の位置関係が全ての圧力室７にて揃えられるので、この点でもインク滴の吐出特性を安定化することができる。
なお、必要な剛性を確実に得るという観点からは、隣り合う貫通孔部２１同士のずれ量を貫通孔部２１の開口長さ（浅溝部長手方向の長さ）の１／２以上に設定すれば足りることが実験的に確認されている。
【００３７】
ところで、上記の第１実施形態では、圧電素子６を千鳥状に形成する構成を採っていたが、この構成に限定されるものではない。例えば、圧力発生素子として、櫛歯状の圧電素子を用いることもできる。以下、このように構成した第２実施形態について説明する。
【００３８】
まず、図４に基づき、記録ヘッド３１の全体構成について説明する。ここで、図４は記録ヘッド３１の内部構造を説明する断面図である。例示した記録ヘッド３１は、櫛歯状の圧電素子３２を有する振動子ユニット３３と、この振動子ユニット３３を収納するケース３４と、ケース３４の先端面に接合される流路ユニット３５とから概略構成される。
【００３９】
ケース３４は、内部に振動子ユニット３３を収納可能な収納空部３６を形成したブロック状であり、例えば、エポキシ樹脂等の成型性が良好な樹脂によって作製される。収納空部３６は、ケース先端面（図４における下面）からケース３４の内部を貫通して反対側の取付面（同上面）に開口した空部である。なお、この収納空部３６内であって高さ方向の途中には、振動子ユニット３３の固定板３７が当接可能な段部を形成してある。
【００４０】
上記の振動子ユニット３３は、複数の圧電素子３２と、これらの圧電素子３２が接合される固定板３７等から構成される。圧電素子３２は、圧電体層と電極層とを交互に積層してなる一枚の圧電板から作製されている。即ち、圧電素子３２は、この圧電板をワイヤーソー等によって櫛歯状に歯割りすることで作製され、列状に設けられる。この圧電素子３２は、本発明における圧力発生素子の一種であり、供給される駆動信号の電圧に応じて変形する。即ち、例示した圧電素子３２は、充電によって素子長手方向（積層方向と直交する方向）に収縮し、放電によって素子長手方向に伸長する。
【００４１】
この圧電素子３２は、３５μｍ前後の極めて細い幅に切り分けられ、例えば９０本〜１８０本程度設けられる。各圧電素子３２は、固定端部を固定板３７の表面に接合することで、自由端部を固定板３７の縁よりも外側に突出させている。即ち、各圧電素子３２は、所謂片持ち梁の状態で固定板３７上に支持されている。また、各圧電素子３２を支持する固定板３７は、圧電素子３２からの反力を受け止め得る剛性を備えた板状部材であり、本実施形態では厚さ１ｍｍ程度のステンレス板によって構成している。
【００４２】
上記の流路ユニット３５は、第１実施形態の流路ユニット３と同様の機能を有する部材であり、流路基板３８と弾性板３９とノズルプレート４０とを有する。即ち、流路ユニット３５は、流路基板３８の一方の表面に弾性板３９を接合し、流路基板３８の他方の表面にノズルプレート４０を接合することで作製される。
【００４３】
上記の流路基板３８は、圧力室空部４１やリザーバ空部４２を有する板状部材であり、本実施形態では、浅溝部４３やインク供給口４４（図５（ａ）参照）となる開口窓部５３が形成される浅溝部基板４５と、貫通孔部４６やリザーバ空部４２が形成された貫通孔基板４７とからなる。これらの浅溝部基板４５及び貫通孔基板４７は、例えば、ニッケル板等の展性の良好な金属板をプレス加工することで作製される。なお、流路基板３８については、後で詳細に説明する。
【００４４】
弾性板３９は、ステンレス板等の支持基板上にＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の弾性体膜４８をラミネートした２重構造である。そして、図５（ａ）に示すように、圧力室空部４１やリザーバ空部４２を封止する部分について、島部（厚肉部）４９を残して支持基板を除去し、弾性体膜４８のみの弾性部（薄肉部）を形成する。島部４９には圧電素子３２の先端面が接合され、圧電素子３２の伸縮によって弾性部が変形する。即ち、圧電素子３２が素子長手方向に伸長すると、島部４９がノズルプレート方向に押されて圧力室容積が減少する。一方、圧電素子３２が素子長手方向に収縮すると、島部４９が振動子ユニット３３側に引っ張られて圧力室容積が増大する。
【００４５】
ノズルプレート４０は上記した第１実施形態と同様の構成である。即ち、このノズルプレート４０は、薄手のステンレス板に対して千鳥状にノズル開口５０を開設することで作製されている。そして、本実施形態においても、各ノズル開口５０は貫通孔部４６の開口中心に位置付けられる。
【００４６】
この記録ヘッド３１でも、インクカートリッジ等から供給されたインクは一旦リザーバ５１に貯留され、その後、インク供給口４４を通じて圧力室５２内に導入される。圧力室５２内に導入されたインクは、圧電素子３２の作動によってノズル開口５０からインク滴となって吐出される。即ち、この記録ヘッド３１も、圧力室５２の膨張や収縮に伴って生じたインクの圧力変動を利用してインク滴を吐出させる。
【００４７】
そして、この記録ヘッド３１においても、貫通孔部周辺の剛性を確保すべく、各貫通孔部４６を隣の貫通孔部４６に対して浅溝部長手方向へ位置をずらして千鳥状に形成している。以下、この点を中心に、流路基板３８について詳細に説明する。
【００４８】
上記したように、本実施形態の流路基板３８は、浅溝部基板４５と貫通孔基板４７とから構成されている。図５（ａ）に示すように、浅溝部基板４５には、浅溝部４３やインク供給口４４の外形に倣って打ち抜かれた開口窓部５３が形成されている。また、貫通孔基板４７に形成された貫通孔部４６及びリザーバ空部４２は、矩形状開口の空部として形成されている。そして、本実施形態において、浅溝部基板４５の厚さＨ４５は３０μｍ、貫通孔基板４７の厚さＨ４７は３００μｍである。これらの浅溝部基板４５と貫通孔基板４７とに関し、所望の厚さに調整した後に接合してもよく、規定よりも多少厚い各基板４５，４７を接合した後にラッピング等によって所望の厚さに仕上げてもよい。何れの方法を選択するかは、作業効率や部品のハンドリング性の観点によって定める。即ち、予め所望の厚さに作製された各基板４５，４７を接合する方法は、作業効率が良いという利点を有している。一方、接合後に基板の厚さを調整する方法は、規定よりも厚い基板４５，４７を接合するので、部品の取り扱いが容易となって破損防止ができるといった利点がある。
【００４９】
浅溝部基板４５に開設された開口窓部５３は、浅溝部４３に対応する部分が細長い矩形状となっている。そして、インク供給口４４に対応する流路隔壁５４の一部を台形状に突出させることで、狭窄部５５と浅溝供給部５６とを形成している。本実施形態では、台形状突出部５７に関し、その形成位置、つまり、リザーバ空部４２からの距離が揃えられている。一方、開口窓部５３の先端部分、つまり、リザーバ空部４２から遠い側の端部に関し、その位置は不揃いである。言い換えると、浅溝部４３の長さが長短２種類あり、長いものと短いものとがノズル列方向に交互に形成されている。開口窓部５３をこのように形成したのは、各貫通孔部４６を隣の貫通孔部４６に対して浅溝部長手方向へ位置をずらして千鳥状に形成するためである。即ち、貫通孔基板４７には板厚方向に貫通する貫通孔部４６が形成されるが、各貫通孔部４６は液体の淀みを防止するため浅溝部４３の先端部分に連通される。ここで、各貫通孔部４６を圧力室列設方向に揃えて形成してしまうと、貫通孔隔壁２９が極めて薄くなって変形が生じ易くなり、隣接クロストークの原因となり得る。このため、本実施形態でも、各貫通孔部４６に関し、浅溝部長手方向へ位置をずらして千鳥状に形成している。
【００５０】
この浅溝部先端に連通される貫通孔部４６に関し、そのずれ量は、圧力室列設方向から見て隣り合う貫通孔部４６同士が重ならない量に設定される。具体的には、リザーバ５１から遠い第１貫通孔部４６Ａにおける一側の開口縁（リザーバ５１側の開口縁）と、リザーバ５１に近い第２貫通孔部４６Ｂにおける他側の開口縁（リザーバ５１と反対側の開口縁）とが、境界線としての仮想直線Ｌ２上に並んだ状態で形成される。このように千鳥状に貫通孔部４６Ａ，４６Ｂを作製すると、貫通孔部４６同士の間には圧力室列設方向から見て隣りの貫通孔部４６と重なっていない非重畳部分が作成される。
【００５１】
この非重畳部分に存在する貫通孔隔壁５８は、図５（ａ）から判るように、１つ先の貫通孔部４６との間に亘って設けられる。このため、貫通孔隔壁５８の厚みＷ５８を十分に確保することができて必要な剛性が得られ、その変形を防止することができる。これにより、ノズル開口５０の形成ピッチを７０μｍ以下にして高密度化しても、貫通孔隔壁５８として必要な剛性が確保できる。その結果、インク滴の吐出時等にてインクが加減圧されても、過度な変形を生じさせることなく、インク滴の吐出特性を安定化できる。
【００５２】
ところで、この第２実施形態では、島部４９を圧力室列設方向（ノズル列方向）に並べて設け、櫛歯状の圧電素子３２によって島部４９を押したり引いたりする構成である。そして、圧電素子３２が櫛歯状であるということは、各圧電素子３２の形成位置が圧力室列設方向に揃えられているといえる。これにより、インク供給口４４の形成位置、即ち、リザーバ空部４２からの距離は、浅溝部４３の長さに拘わらず一定となる。一方、浅溝部４３の長さにはばらつきがあるため、このばらつきによって浅溝部４３のイナータンスや流路抵抗にはばらつきが生じる。このばらつきは、圧力室５２の固有振動周期に影響を与えるので、何らかの形で調整する必要がある。
【００５３】
この点に鑑み本実施形態では、リザーバ空部４２から遠い側に位置する第１貫通孔部４６Ａの断面積を、リザーバ空部４２から近い側に位置する第２貫通孔部４６Ｂの断面積よりも広くしている。即ち、第１貫通孔部４６Ａが連通する浅溝部４３（便宜上、第１浅溝部４３Ａという。）の長さは、第２貫通孔部４６Ｂが連通する浅溝部４３（便宜上、第２浅溝部４３Ｂという。）に比べて長い。ここで、浅溝部基板４５の厚さＨ４５が３０μｍと極く薄いので、イナータンスや流路抵抗は浅溝部４３が長い程に大きくなる。このため、第１浅溝部４３Ａのイナータンスや流路抵抗は、第２浅溝部４３Ｂのイナータンスや流路抵抗よりも大きくなる。そこで、本実施形態では、第１貫通孔部４６Ａを浅溝部長手方向に拡張し、その断面積を第２貫通孔部４６Ｂの断面積よりも大きくしている。これにより、第１貫通孔部４６Ａのイナータンス等が第２貫通孔部４６Ｂのイナータンス等に比べて小さくなる。その結果、圧力室全体としてイナータンスの差が小さくなる。なお、本実施形態では、第１貫通孔部４６Ａの開口長さＬ４６Ａを１６０μｍ、第２貫通孔部４６Ｂの開口長さＬ４６Ｂを１００μｍとしている。
【００５４】
また、本実施形態では、第１貫通孔部４６Ａが連通する側の狭窄部５５（便宜上、第１狭窄部５５Ａという。）に関し、その断面積を、第２貫通孔部４６Ｂが連通する側の狭窄部５５（便宜上、第２狭窄部５５Ｂという。）の断面積よりも広くしている。これにより、第１狭窄部５５Ａのイナータンス等が第２狭窄部５５Ｂのイナータンス等に比べて小さくなり、圧力室５２全体としてイナータンスの差が小さくなる。なお、本実施形態では、第１狭窄部５５Ａの開口幅Ｗ５５Ａを２５μｍとし、第２狭窄部５５Ｂの開口幅Ｗ５５Ｂを２０μｍとしている。また、開口長さは、第１狭窄部５５Ａと第２狭窄部５５Ｂで略等しく約１００μｍである。
【００５５】
この構成を採ることで、浅溝部４３の長さの差に起因するイナータンス等の違いが貫通孔部４６のイナータンス及び狭窄部５５のイナータンスによって調整される。これにより、各圧力室５２の固有振動周期を揃えることができ、インク滴の吐出特性を揃えることができる。なお、本実施形態では、貫通孔部４６と狭窄部５５の両方を調整したが、何れか一方を調整する構成であってもよい。
【００５６】
ところで、上記の各実施形態においてノズル開口５０は、貫通孔部４６の非重畳部分、即ち、圧力室列設方向から見て隣り合う貫通孔部４６同士が重なっていない部分（非重畳部分）に臨んでいた。このため、各ノズル開口５０は、ノズル列方向からは千鳥状に開口している。この構成では、端から奇数番目のノズル開口群と、偶数番目のノズル開口群とで制御を異ならせる必要がある。例えば、一方のノズル開口群と他方のノズル開口群とで１つの直線を描く場合、一方のノズル開口群からインク滴を吐出させた後、所定時間が経過した際に他方のノズル開口群からインク滴を吐出させることになる。しかし、記録の高速化を図るには、制御のアルゴリズムはできるだけ簡素化することが好ましく、その観点からすれば各ノズル開口５０は一列に設けた方が好ましい。以下、このように構成した第３実施形態について説明する。
【００５７】
図６は、この第３実施形態を説明する図である。ここで、第３実施形態は、基本構成を第１実施形態と共通としている。このため、同一部分については同一符号を付して簡単に説明し、相違点について詳しく説明することにする。
【００５８】
本実施形態において、隣り合う貫通孔部２１のずれ量は、貫通孔部２１の開口長さの１／２としている。具体的には、貫通孔部２１の開口長さが１２０μｍであるため、貫通孔部２１を浅溝部２０の長手方向に６０μｍずらしている。このようにずらすと、圧力室列設方向からみた場合において、隣り合う貫通孔部２１同士が圧力室長手方向に重なった重畳部分Ｘが形成される。しかし、各貫通孔部２１のずれ量が開口長さの１／２であるので、そのずれ量に応じた分の厚肉部分が貫通孔隔壁２９に設けられる。そして、この厚肉部分は１つ先の貫通孔部２１との間に亘って設けられるので、貫通孔隔壁２９に必要な剛性を確保できる。
【００５９】
また、本実施形態では、この重畳部分Ｘにノズル開口２２を連通させることで、各ノズル開口２２を直線上に開口させている。即ち、ノズル開口２２は、リザーバ８から遠い第１貫通孔部２１Ａについては根本側の端部に連通し（図６（ｃ）参照）、リザーバ８に近い第２貫通孔部２１Ｂについては先端側の端部に連通している（図６（ｂ）参照）。
【００６０】
さらに、本実施形態でも、インク滴の吐出特性の均一化を図るべく圧力室空部９を同一形状に作製している。このため、各圧力室空部９は、貫通孔部２１を基準にした所定距離だけ圧力室長手方向に位置をずらして形成されている。この場合、狭窄部２７の形成位置も千鳥状にずれて浅溝供給部２８の長さにばらつきが生じる。浅溝供給部２８のばらつきは圧力室７の固有振動周期に影響を与えるので、固有振動周期を揃えるべく狭窄部２７の開口幅を調整している。即ち、第１貫通孔部２１Ａに対応する第１狭窄部２７Ａの開口幅を、第２貫通孔部２１Ｂに対応する第２狭窄部２７Ｂの開口幅よりも広く設定している。
【００６１】
このような構成の第３実施形態では、ノズル開口２２が直線上に設けられているので、圧電素子６の駆動タイミングを揃えることができる。これにより、ノズル開口２２毎に遅延時間を設定する必要がなくなり、制御の簡素化が図れる。従って、インク滴の高周波吐出に適する。また、圧力室列設方向から見ると、貫通孔部２１が部分的に重なっているが、貫通孔部２１のずれ量が開口長さの１／２であるため、このずれ量に応じた分の厚肉部分が貫通孔隔壁２９に設けられる。この厚肉部分により、ノズル開口２２の形成ピッチを７０μｍ以下にして高密度化しても、貫通孔隔壁２９として必要な剛性が確保でき、隣接クロストークを防止できる。さらに、狭窄部２７の開口幅を浅溝供給部２８の長さに応じて設定しているので、各圧力室７の固有振動周期を揃えることができる。
【００６２】
なお、以上の説明は、圧力発生素子として圧電素子６を用いた記録ヘッド１，３１を例示して行ったが、この記録ヘッド１，３１に限定されない。圧力発生素子としては、厚膜印刷法で作製された圧電素子であってもよい。また、この他に、静電アクチュエータ、発熱素子、磁歪素子等を用いることができる。
【００６３】
また、本発明は、記録ヘッド１，３１以外の液体噴射ヘッドにも適用できる。例えば、ディスプレー製造装置用の色材噴射ヘッド、電極製造装置用の電極材噴射ヘッド、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドにも適用できる。さらに、マイクロピペットにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の記録ヘッドを説明する断面図である。
【図２】流路ユニットの説明図であり、（ａ）はその一部分を浅溝部側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図３】貫通孔隔壁を説明する図であり、（ａ）は第１貫通孔部の位置でノズル列方向に切断した断面図、（ｂ）は第２貫通孔部の位置でノズル列方向に切断した断面図である。
【図４】第２実施形態の記録ヘッドを説明する断面図である。
【図５】流路ユニットの説明図であり、（ａ）はその一部分を浅溝部側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図６】第３実施形態の説明図であり、（ａ）は流路ユニットの一部分を浅溝部側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＥ−Ｅ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＦ−Ｆ断面図である。
【符号の説明】
１，３１…インクジェット式記録ヘッド；２…薄膜アクチュエータ；３，３５…流路ユニット；４…ドライバユニット；５…弾性膜；６，３２…圧電素子；７，５２…圧力室；８，５１…リザーバ；９，４１…圧力室空部；１０，４２…リザーバ空部；１１，３８…流路基板；１２，４０…ノズルプレート；１３…ドライバＩＣ；１４…実装基板；１５…下部電極；１６…上部電極；１７…第１引出配線；１８…第２引出配線；１９，４４…インク供給口；２０，４３…浅溝部；２１，４６…貫通孔部；２２，５０…ノズル開口；２３…共通電極；２４…ボンディングワイヤ；２５，５４…流路隔壁；２６，５７…流路隔壁の突出部；２７，５５…狭窄部；２８，５６…浅溝供給部；２９…貫通孔隔壁；３３…振動子ユニット；３４…ケース；３６…収納空部；３７…固定板；３９…弾性板；４５…浅溝部基板；４７…貫通孔基板；４８…弾性体膜；４９…島部；５３…開口窓部
【図１】
2005034997.tif 000003
【図２】
2005034997.tif 000004
【図３】
2005034997.tif 000005
【図４】
2005034997.tif 000006
【図５】
2005034997.tif 000007
【図６】
2005034997.tif 000008