(57)【要約】【課題】インク流路内での流路抵抗を小さくしつつ、インク流路の途中でインクの流れをチョークさせないようにした液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置を提供する。【解決手段】底壁が振動板８を形成し液滴を溜めて吐出させる圧力室７が形成されたキャビティ基板３と、振動板８に対向し振動板８を駆動する個別電極１７が形成された電極基板４と、圧力室７に液滴を供給するリザーバ１０、リザーバ１０から圧力室７へ液滴を移送するための供給孔９、及び圧力室７からノズル孔５へ液滴を移送するノズル連通孔１１を有するリザーバ基板２とが積層されて構成され、圧力室７の流路断面の面積をＳ０、供給孔９から圧力室７へ通じる連絡路の流路断面の面積をＳ１、供給孔７の流路断面の面積をＳ２としたとき、Ｓ２＞Ｓ１＞Ｓ０またはＳ２＜Ｓ１＜Ｓ０となるようにインク流路を形成した。【選択図】図３
2007168352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底壁が振動板を形成し液滴を溜めて吐出させる圧力室が形成されたキャビティ基板と、
前記振動板に対向し前記振動板を駆動する個別電極が形成された電極基板と、
前記圧力室に液滴を供給するリザーバ、前記リザーバから前記圧力室へ液滴を移送するための供給孔、及び前記圧力室からノズル孔へ液滴を移送するノズル連通孔を有するリザーバ基板とが積層されて構成される液滴吐出ヘッドであって、
前記圧力室の流路断面の面積をＳ０、
前記供給孔から前記圧力室へ通じる連絡路の流路断面の面積をＳ１、
前記供給孔の流路断面の面積をＳ２としたとき、
Ｓ２＞Ｓ１＞Ｓ０となるようにインク流路を形成した
ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
底壁が振動板を形成し液滴を溜めて吐出させる圧力室が形成されたキャビティ基板と、
前記振動板に対向し前記振動板を駆動する個別電極が形成された電極基板と、
前記圧力室に液滴を供給するリザーバ、前記リザーバから前記圧力室へ液滴を移送するための供給孔、及び前記圧力室からノズル孔へ液滴を移送するノズル連通孔を有するリザーバ基板とが積層されて構成される液滴吐出ヘッドであって、
前記圧力室の流路断面の面積をＳ０、
前記供給孔から前記圧力室へ通じる連絡路の流路断面の面積をＳ１、
前記供給孔の流路断面の面積をＳ２としたとき、
Ｓ２＜Ｓ１＜Ｓ０となるようにインクの流路を形成した
ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記リザーバ基板における前記供給孔の平面形状を前記圧力室の長辺方向に引き延ばして長穴形状とした
ことを特徴とする請求項１または２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記供給孔を、
その供給孔から液滴を移送する圧力室に対して１つとした
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記供給孔から前記圧力室へ通じる連絡路の流路断面の面積Ｓ１が、
前記圧力室の流路断面の面積Ｓ０の０．８５倍よりも小さく、
前記供給孔の流路断面の面積Ｓ２の１．０５倍よりも大きくして形成した
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記請求項１〜５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを備えた
ことを特徴とする液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置に関し、特にリザーバから圧力室にインクを供給するインク供給口の構造を改良した液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、静電駆動方式の液滴吐出ヘッドでは高印字性能を追求するために、液滴を吐出するためのノズル及び圧力室（吐出室ともいう）の高密度化が求められている。それに伴って、インクの流れるインク流路の断面が小さくなっている。インク流路の断面を小さくすると、音響抵抗とイナータンスとを同時に調整することが難しい。また、インク流路内に気泡が滞留し易くなってしまう。
【０００３】
このような問題を解決するものとして、たとえば、「共通インク室と、インク圧力室と、このインク圧力室に連通しているインクノズルと、前記共通インク室から前記インク圧力室にインクを供給するためのインク供給口とを有し、前記インク圧力室の容積変動により前記インクノズルからインク液滴を吐出させるインクジェットヘッドにおいて、前記インク供給部は、少なくとも第１のインク供給口および第２のインク供給口を備え、前記第１のインク供給口の断面積は前記第２のインク供給口の断面積よりも大きいことを特徴とするインクジェットヘッド」が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３０１８１８号公報（第５頁及び第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のインクジェットヘッドは、インク供給口のインク流路特性である音響抵抗を第２のインク供給口によって調整でき、そのイナータンスを第１および第２のインク供給口によって調整できるようになっている。したがって、インクジェットヘッドの応答性および印字品質を改善できるとともに、インク流路における断面積の急激な変化を防止できるので、気泡の滞留を抑制でき、これに起因する弊害を回避できるようになっている。
【０００６】
しかしながら、音響抵抗及びイナータンスを調整することはできるものの、インク流路内で発生する流路抵抗については考慮されていなかった。すなわち、インク流路での断面積の急激な変化を防止しているが、これだけではインク流路の途中でインクの流れがチョークするという問題を解決することはできない。このインクの流れがチョークするとは、インクの流れに急速な流速の変化点が生じるということである。
【０００７】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、インク流路内での流路抵抗を小さくしつつ、インク流路の途中でインクの流れをチョークさせないようにした液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、底壁が振動板を形成し液滴を溜めて吐出させる圧力室が形成されたキャビティ基板と、振動板に対向し振動板を駆動する個別電極が形成された電極基板と、圧力室に液滴を供給するリザーバ、リザーバから圧力室へ液滴を移送するための供給孔、及び圧力室からノズル孔へ液滴を移送するノズル連通孔を有するリザーバ基板とが積層されて構成される液滴吐出ヘッドであって、圧力室の流路断面の面積をＳ０、供給孔から圧力室へ通じる連絡路の流路断面の面積をＳ１、供給孔の流路断面の面積をＳ２としたとき、Ｓ２＞Ｓ１＞Ｓ０となるようにインク流路を形成したことを特徴とする。
【０００９】
したがって、供給孔から吐出室に至るインク流路の流路抵抗を低減することが可能となるために、高駆動周波数で駆動される液滴吐出ヘッドにおいてもインクの供給不足を解消することができる。また、供給孔から吐出室に至るインク流路を徐々に大きくするようにしたので、その部分でのチョークの発生を防止することができる。このために、気泡の滞留を抑制することができるとともに、これに起因する弊害を回避することができる。すなわち、均一で安定したインク液滴の吐出を行わせることができる液滴吐出ヘッドを提供することが可能となる。
【００１０】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、底壁が振動板を形成し液滴を溜めて吐出させる圧力室が形成されたキャビティ基板と、振動板に対向し振動板を駆動する個別電極が形成された電極基板と、圧力室に液滴を供給するリザーバ、リザーバから圧力室へ液滴を移送するための供給孔、及び圧力室からノズル孔へ液滴を移送するノズル連通孔を有するリザーバ基板とが積層されて構成される液滴吐出ヘッドであって、圧力室の流路断面の面積をＳ０、供給孔から圧力室へ通じる連絡路の流路断面の面積をＳ１、供給孔の流路断面の面積をＳ２としたとき、Ｓ２＜Ｓ１＜Ｓ０となるようにインク流路を形成したことを特徴とする。
【００１１】
したがって、供給孔から吐出室に至るインク流路の流路抵抗を低減することが可能となるために、高駆動周波数で駆動される液滴吐出ヘッドにおいてもインクの供給不足を解消することができる。また、供給孔から吐出室に至るインク流路を徐々に大きくするようにしたので、その部分でのチョークの発生を防止することができる。このために、気泡の滞留を抑制することができるとともに、これに起因する弊害を回避することができる。すなわち、均一で安定したインク液滴の吐出を行わせることができる液滴吐出ヘッドを提供することが可能となる。
【００１２】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、リザーバ基板における供給孔の平面形状を圧力室の長辺方向に引き延ばして長穴形状としたことを特徴とする。こうすることによって、この供給孔の短辺方向の長さと同じ直径を有する円形状に比較して、断面積を大きくすることができる。したがって、供給孔における流路抵抗を低減することが可能となる。また、所定の面積を有しつつ、高密度で幅の狭いキャビティ基板に対応することが可能となる。
【００１３】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、供給孔を、その供給孔から液滴を移送する圧力室に対して１つとしたことを特徴とする。すなわち、１つの供給孔で所定の断面積を確保するようにしているのである。こうすることで、供給孔を複数形成して断面積を確保するようにした場合に一方の供給孔にのみインクが流れてしまい均等に圧力室にインクが供給されないということを防止することができる。
【００１４】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、供給孔から圧力室へ通じる流路の断面の面積Ｓ１が、圧力室の縦断面の面積Ｓ０の０．８５倍よりも小さく、供給孔の長穴形状断面の面積Ｓ２の１．０５倍よりも大きくして形成したことを特徴とする。このようにして、供給孔から圧力室へ通じる流路断面の面積Ｓ１を決定するので、流路抵抗を低減しつつ、チョークの発生を防止している。
【００１５】
本発明に係る液滴吐出装置は、上述の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする。したがって、上述の液滴吐出ヘッドの効果をすべて有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッド１００を分解した状態を示す分解斜視図である。図２は、液滴吐出ヘッド１００が組み立てられた状態のＡ−Ａ’断面を示す縦断面図である。図１及び図２に基づいて、液滴吐出ヘッド１００の構成及び動作について説明する。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図の上側を上とし、下側を下として説明するものとする。
【００１７】
なお、この液滴吐出ヘッド１００は、静電気力により駆動される静電駆動方式の静電アクチュエータを搭載したデバイスの代表として、ノズル基板の表面側に設けられたノズル孔から液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプの液滴吐出ヘッドを例に説明するものとする。なお、図１では、駆動電力を供給するためのＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ：フレキシブルプリント基板）の一部を含めて示している。また、個別電極１７に駆動信号を供給するドライバＩＣ１５が設けられている。
【００１８】
図１に示すように、液滴吐出ヘッド１００は、電極基板４、キャビティ基板３、リザーバ基板２及びノズル基板１の４つの基板が順に積層されるように接合された４層構造として構成されている。つまり、リザーバ基板２の一方（上）の面にはノズル基板１が接合されており、リザーバ基板２の他方（下）の面にはキャビティ基板３が接合されており、キャビティ基板３のリザーバ基板２が接合された面の反対面には、電極基板４が接合されて構成されている。なお、電極基板４とキャビティ基板３とは陽極接合により接合するものとし、キャビティ基板３とリザーバ基板２、リザーバ基板２とノズル基板１とはエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接合するものとして説明する。
【００１９】
［電極基板４］
電極基板４は、たとえば、厚さ１ｍｍのホウ珪酸ガラス等のガラスを主要な材料として形成するとよい。ここでは、電極基板４がホウ珪酸ガラスで形成されている場合を例に示すが、これに限定するものではない。たとえば、電極基板４を単結晶シリコンで形成してもよい。この電極基板４には、後述するキャビティ基板３の圧力室７に合わせて複数の凹部（溝）１２が、形成されている。この凹部１２は、たとえば深さ０．３μｍで形成するとよい。
【００２０】
また、この凹部１２の内部（特に底部）には、固定電極となる個別電極１７が、一定の間隔を有して後述のキャビティ基板３の各圧力室７（振動板８）と対向するように作製されている。そして、凹部１２は、その一部が個別電極１７を装着できるように、これらの形状に類似したやや大きめの形状にパターン形成されている。この個別電極１７は、たとえばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：インジウム錫酸化物）を０．１μｍの厚さでスパッタして作製するとよい。
【００２１】
さらに、個別電極１７は、リード部１７ａ及び端子部１７ｂが一体となって作製されている。そして、個別電極１７は、その一端（端子部１７ｂ）がドライバＩＣ１５と接続されており、そのドライバＩＣ１５から個別電極１７に駆動信号が供給されるようになっている。なお、特に区別する必要がない限り、リード部１７ａと端子部１７ｂとを組み合わせて個別電極１７として説明するものとする。
【００２２】
電極基板４とキャビティ基板３とを接合し積層すると、振動板８と個別電極１７との間には、振動板８が撓む（変位する）ことができる一定のギャップ（空隙）１３が、電極基板４の凹部１２により形成されるようになっている。このギャップ１３は、たとえば深さ０．２μｍとなるように形成するとよい。なお、電極基板４には、図示省略の外部のインクタンクから供給される液体を取り入れるインク供給孔１１が設けられている。
【００２３】
この液滴吐出ヘッド１００は、複数の個別電極１７が長辺及び短辺を有する長方形状に形成されており、この個別電極１７が、互いの長辺が平行になるように配置されている。そして、図１では、個別電極１７の短辺方向に伸びる１つの電極列を示している。なお、個別電極１７の短辺が長辺に対して斜めに形成されており、個別電極１７が細長い平行四辺形状になっている場合には、長辺方向に直角方向に伸びる電極列を形成するようにすればよい。
【００２４】
また、液滴吐出ヘッド１００は、ドライバＩＣ１５が個別電極１７の２つの電極列の間に設けられ、両方の電極列に接続されるようになっている。したがって、ドライバＩＣ１５から２つの電極列に駆動信号を供給することが可能となり、電極列の多列化が容易となる。さらに、ドライバＩＣ１５の個数を少なくすることが可能なため、製造に要するコストを削減することができ、液滴吐出ヘッド１００の小型化も可能となる。
【００２５】
電極基板４には、ＦＰＣ３０からドライバＩＣ１５を駆動する入力信号を供給するための配線（ＩＣ入力実装部２０）及びＦＰＣ実装部２１が形成されており、ＦＰＣ３０とドライバＩＣ１５とを接続するようになっている。なお、電極基板４とキャビティ基板３とを接合した後に、ギャップ１３を封止するための封止部材１４が形成される（図２参照）。また、駆動信号を供給するためのドライバＩＣ１５は、個別電極１７の個数に応じて搭載する個数を決定するとよい。
【００２６】
［キャビティ基板３］
キャビティ基板３は、たとえば厚さ約５０μｍ（マイクロメートル）のシリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板と称する）を主要な材料として構成されている。このキャビティ基板３には、底壁が振動板８となる圧力室（または、吐出室）７が複数形成されている。この圧力室７は、個別電極１７の電極列に対応して形成されるようになっている。また、キャビティ基板３には、電極列の間にキャビティ基板３を貫通するように第１の穴部２２が形成されている。なお、圧力室７のインク流路については、後に詳述する（図３参照）。
【００２７】
さらに、キャビティ基板３の下面（電極基板４と対向する面）には、振動板８と個別電極１７との間を電気的に絶縁するためのＴＥＯＳ膜（ここでは、Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ  ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ：テトラエトキシシラン（珪酸エチル）を用いてできるＳｉＯ２  膜をいう）である図示省略の絶縁膜をプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＴＥＯＳ−ｐＣＶＤともいう）法を用いて、０．１μｍ成膜している。これは、振動板８の駆動時における絶縁破壊及びショートを防止するためと、インク等の液滴によるキャビティ基板３のエッチングを防止するためのものである。
【００２８】
ここでは、絶縁膜がＴＥＯＳ膜である場合を示しているが、これに限定するものではなく、絶縁性能が向上する物質であればよい。たとえば、Ａｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム（アルミナ））を用いてもよい。また、キャビティ基板３にも、インク供給孔１１が設けられている（電極基板４に設けられたインク供給孔１１と連通するようになっている）。さらに、図示省略の外部の電力供給手段から振動板８に個別電極１７と反対の極性の電荷を供給する際の端子となる共通電極１６を備えている。
【００２９】
なお、振動板８は、高濃度のボロンドープ層で形成するようにしてもよい。水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液による単結晶シリコンのエッチングにおけるエッチングレートは、ドーパントがボロンの場合、約５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上の高濃度の領域において、非常に小さくなる。このため、振動板８の部分を高濃度のボロンドープ層とし、アルカリ溶液による異方性エッチングによって圧力室７を形成する際に、ボロンドープ層が露出してエッチングレートが極端に小さくなる、いわゆるエッチングストップ技術を用いることにより、振動板８を所望の厚さに形成することができる。
【００３０】
［リザーバ基板２］
リザーバ基板２は、たとえば単結晶シリコンを主要な材料としており、各圧力室７にインク等の液滴を供給するためのリザーバ１０が形成されている。このリザーバ１０の底面には、リザーバ１０から圧力室７へ液滴を移送するための供給孔９が各圧力室７の位置に合わせて形成されている。この供給孔９は、長穴形状または略長方形状に形成されており、圧力室７と連通するようになっている。なお、供給孔９から圧力室７に移送されるインク流路（図２で示すＡ部分）については、図３で詳細に説明する。
【００３１】
また、リザーバ１０の底面には、リザーバ１０の底面を貫通するインク供給孔１１が形成されている。このリザーバ基板２に形成されたインク供給孔１１と、キャビティ基板３に形成されたインク供給孔１１及び電極基板４に形成されたインク供給孔１１は、リザーバ基板２、キャビティ基板３及び電極基板４が接合された状態において互いに連通するようになっており、外部のインクタンクから液滴が供給されるようになっている。
【００３２】
さらに、リザーバ基板２には、各圧力室７とノズル基板１に設けられたノズル孔５との間のインク流路となり、圧力室７で加圧された液滴をノズル孔５に移送する流路となる複数のノズル連通孔６が各ノズル孔５（各圧力室７）に合わせて設けられている。なお、リザーバ基板２には、リザーバ基板２を貫通する第２の穴部２３が形成されている。この第２の穴部２３は、キャビティ基板３の第１の穴部２２と連通するようになっており、ドライバＩＣ１５が収容可能になっている。
【００３３】
［ノズル基板１］
ノズル基板１は、たとえば厚さ１００μｍのシリコン基板を主要な材料としており、各々のノズル連通孔６と連通する複数のノズル孔５が形成されている。各ノズル孔５は、各ノズル連通孔６から移送された液滴を外部に吐出するようになっている。なお、ノズル孔５を複数段（たとえば、２段）で形成すると、液滴を吐出する際の直進性の向上が期待できる。また、ノズル基板１には、振動板８によりリザーバ１０側の液体に加わる圧力を緩衝するためのダイヤフラムを設けるようにしてもよい。
【００３４】
図２に示すように、キャビティ基板３に設けられた第１の穴部２２と、リザーバ基板２に設けられた第２の穴部２３とが連通して収容部２４を形成するようになっている。そして、この収容部２４の内部には、ドライバＩＣ１５が収容されるようになっている。また、ノズル連通孔６は、リザーバ基板２を貫通しており、圧力室７の供給孔９が連通する一端の反対側の一端に連通している。
【００３５】
この液滴吐出ヘッド１００では、ドライバＩＣ１５が収容部２４の内部に収容されており、収容部２４がノズル基板１、リザーバ基板２、キャビティ基板３及び電極基板４によって閉塞されている。すなわち、ノズル基板１が収容部２４の上面を、電極基板４が収容部２４の下面を、キャビティ基板３及びリザーバ基板２が収容部２４の側面を形成することにより、収容部２４が閉塞されるようになっている。なお、収容部２４は、液滴や外気からドライバＩＣ１５を保護するために密閉するのが望ましい。
【００３６】
また、封止部材１４は、振動板８と個別電極１７との間のギャップ１３を封止するようになっている。この封止部材１４は、たとえば水分透過性の低い酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、ポリパラキシリレン等で形成するとよい。なお、ポリパラキシリレンは、結晶性ポリマー樹脂であり水分透過防止性及び耐薬品性に優れている性質を有している。
【００３７】
次に、液滴吐出ヘッド１００の動作について簡単に説明する。
リザーバ１０には、インク供給孔１１を介して外部からインク等の液滴が供給されている。また、圧力室７には、供給孔９を介してリザーバ１０から液滴が供給されている。ドライバＩＣ１５には、ＦＰＣ３０のＦＰＣ内配線（ＩＣ入力）３２及び電極基板４に設けられたＩＣ入力実装部２０を介して図示省略の制御部から駆動信号（パルス電圧）が供給されている。
【００３８】
そして、ドライバＩＣ１５によって選択された個別電極１７には０Ｖ〜４０Ｖ程度のパルス電圧が印加され、その個別電極１７をプラスに帯電させる。このとき、ＦＰＣ内配線３１（ＣＯＭ）及び共通電極１６を介してキャビティ基板３にはマイナスの極性を有する駆動信号（パルス電圧）が供給され、プラスに帯電された個別電極１７に対応する振動板８を相対的にマイナスに帯電させる。そのため、選択された個別電極１７と振動板８との間では静電気力が発生することになる。そうすると、振動板８は、静電気力によって個別電極１７側に吸引されて撓むことになる。これにより、圧力室７の容積は広がる。
【００３９】
次に、このパルス電圧の供給を止めると、振動板８と個別電極１７との間の静電気力がなくなり、振動板８は元の状態に復元する。このとき、圧力室７の内部の圧力が急激に上昇し、圧力室７内の液滴がノズル連通孔６を通過してノズル孔５から吐出されることになる。その後、液滴がリザーバ１０から供給孔９を通じて圧力室７内に補給され、初期状態に戻る。
【００４０】
なお、液滴吐出ヘッド１００のリザーバ１０への液滴の供給は、たとえばインク供給孔１１に接続された図示省略の液滴供給管により行われている。また、ＦＰＣ３０が、ＦＰＣ３０の長手方向が電極列を形成する個別電極１７の短辺方向と平行となるようにドライバＩＣ１５と接続されている。たとえば、個別電極１７の短辺が長辺に対して斜めになっており、個別電極１７が細長い平行四辺形状になっている場合には、個別電極１７の長辺と直角方向にＦＰＣ３０を接続すればよい。
【００４１】
ここで、この実施の形態に係る液滴吐出ヘッド１００の特徴部分である、供給孔９から圧力室７に移送されるインクのインク流路について説明する。図３は、供給孔９と圧力室７との関係を説明するための説明図である。図３（ａ）は、図２で示したＡ部分を上面から見た拡大平面図を示している。また、図３（ｂ）は、図２で示したＡ部分の拡大断面図を示している。
【００４２】
図３（ａ）に示すように、供給孔９は、長穴形状として作製されている。こうすることで、短辺方向の長さと同じ直径を有する円形状に比較して流路断面（ｃ−ｃ’断面）の面積を大きくすることができる。このように、供給孔９の流路断面の面積を大きくすれば、圧力室７へ移送されるインクの流路抵抗を小さくすることが可能になる。換言すれば、長穴形状と同じ流路断面の面積を円形状で確保しようとすると、その円の直径を長くしなければならないのである。その結果、高密度で幅の狭いキャビティ基板３に対応できなくなってしまうことになる。
【００４３】
また、各基板を積層させるウエハ間のアライメントが困難となってしまう。そうすると、不良品の発生率が高くなり、歩留まりの低いものとなってしまう。したがって、供給孔９の流路断面を長穴形状とすることにより、効率的にインクの流路抵抗を小さくし、各基板を積層させるウエハ間のアライメントを容易としているのである。なお、長穴形状とは、円形状を長辺方向に引き延ばした形状である。ここでは、供給孔９を長穴形状として形成している場合を例に説明するが、これに限定するものではない。たとえば、長円（楕円）形状として形成してもよく、略長方形状として形成してもよい。
【００４４】
次に、供給孔９から圧力室７に移送されるインクのインク流路について説明する。図３（ｂ）では、圧力室７の流路断面（ａ−ａ’断面）の面積をＳ０、供給孔９から圧力室７へ通じる連絡路の流路断面（ｂ−ｂ’断面）の面積をＳ１、供給孔９の流路断面（ｃ−ｃ’断面）の面積をＳ２として示している。ここでは、これらの面積がＳ２＜Ｓ１＜Ｓ０の関係になるように形成されている。それは、インク流路（Ｓ２からＳ０まで）でインクの流れにチョーク（急激な流速の変化点）が発生するのを防止するためである。
【００４５】
つまり、Ｓ２からＳ０に至るまでの断面積が大きくなったり小さくなったりすると、それに伴いインクの流れにチョークが発生してしまい、圧力室７に初期のインクを充填する際にインクが充填されなかったり、気泡が残留し易くなったりしてしまうのである（図４参照）。したがって、インク流路（Ｓ２からＳ０まで）を徐々に拡大させることで、チョークの発生を防止しているのである。ここでは、Ｓ２＜Ｓ１＜Ｓ０として徐々に面積を拡大させた場合を例に説明したが、Ｓ２＞Ｓ１＞Ｓ０として徐々に面積を減少させてチョークの発生を防止してもよい。
【００４６】
なお、１つの圧力室７に対して複数の供給孔９を形成し面積を確保することも考えられるが、一方の供給孔９にのみインクの流れが生じてしまい各供給孔９から均等に圧力室７にインクが供給されないということが発生する。つまり、各供給孔９でインクの供給に偏りが生じ、他方の供給孔９にはインクが充填されずに気泡が残ってしまうことになるのである（図７参照）。この現象は、高密度でキャビティ基板３の断面が狭いときに顕著に発生することが分かっている。したがって、１つの圧力室７に対して１つの供給孔９を形成することが望ましい。
【００４７】
図４は、インク流路の断面積と流路抵抗との関係を調査した結果を示す説明図である。図４に基づいて、インク流路の断面積（Ｓ０、Ｓ１及びＳ２）とインクの流速との関係を詳細に説明する。ここでは、インクがＳ０を通過する際の平均速度をＶ０、インクがＳ１を通過する際の平均速度をＶ１、インクがＳ２を通過する際の平均速度をＶ２として説明するものとする。
【００４８】
インクの流量の連続性により、Ｓ０×Ｖ０＝Ｓ１×Ｖ１＝Ｓ２×Ｖ２という関係が成立する。インク流路（Ｓ２からＳ０まで）で、チョークを発生させないようにするためには、上述したようにＳ２＜Ｓ１＜Ｓ０、または、Ｓ２＞Ｓ１＞Ｓ０となるようにすることが有効である。このときの流速の関係は、Ｓ２＜Ｓ１＜Ｓ０とした場合はＶ２＞Ｖ１＞Ｖ０と、Ｓ２＞Ｓ１＞Ｓ０とした場合はＶ２＜Ｖ１＜Ｖ０となっている。すなわち、流速を徐々に早くしたり、徐々に遅くしたりすればインク流路の途中におけるチョークの発生を防止できる。
【００４９】
この実施の形態に係る液滴吐出ヘッド１００は、図３に示したように、インク流路がＳ２＜Ｓ１＜Ｓ０となる関係になっている。そして、流速の関係をＶ２＞Ｖ１＞Ｖ０とするには、Ｓ１とＳ０との断面積比率（Ｓ１／Ｓ０）及びＳ２とＳ１との断面積比率（Ｓ２／Ｓ１）が所定の値より小さいことが要求される。それは、図４に示した調査結果から導き出すことができる。図４は、Ｓ１／Ｓ０及びＳ２／Ｓ１を種々変化させた際の、流路抵抗（図で示すＲ比）を示している。
【００５０】
図４の境界線Ｘは、チョークの発生する境界を示している。つまり、境界線Ｘで分割されている領域αがチョーク（急激な流速の変化点）の発生しない領域を、領域βがチョークの発生する領域を示している。ここでは、点ア〜点ウが領域αに存在し、点エ〜点キが領域βに存在することを示している。したがって、点ア〜点ウの値を得ることができるようにＳ０〜Ｓ２を設定すれば、チョークの発生を防止することが可能になる。
【００５１】
また、チョークの発生を防止しつつインクの流路抵抗を低減させるためには、点イ及び点ウの値を得ることができるようにＳ０〜Ｓ２を設定することが望ましい。この点イ及び点ウは、Ｓ１をＳ０の０．８５倍より小さく（Ｓ１＜０．８５×Ｓ０）、Ｓ１をＳ２の１．０５倍より大きく（Ｓ１＞１．０５×Ｓ２）する範囲でＳ２＜Ｓ１＜Ｓ０を満たすようにすれば、実現することができる。
【００５２】
図５〜図７は、インク流路（Ｓ２からＳ０まで）内を流れるインクの流速を示すシミュレーション図である。図５は、チョークが発生している場合の例を示すものである。この図５に示す流速のシミュレーションは、図４で示した点エに対応するものである。つまり、Ｓ２＜Ｓ１＜Ｓ０、または、Ｓ２＞Ｓ１＞Ｓ０という関係を満たすものの、Ｓ１＜０．８５×Ｓ０及びＳ１＞１．０５×Ｓ２という関係を満たしておらず、チョークが発生してしまっている。
【００５３】
一方、図６は、チョークが発生していない場合の例を示すものである。この図６に示す流速のシミュレーションは、図４で示す点ウに対応するものである。つまり、Ｓ２＜Ｓ１＜Ｓ０、または、Ｓ２＞Ｓ１＞Ｓ０という関係を満たしており、Ｓ１＜０．８５×Ｓ０及びＳ１＞１．０５×Ｓ２という関係も満たしているために、チョークが発生しないようになっている。
【００５４】
図７は、供給孔９が２つ形成されている場合のインクの流速を示すシミュレーション図である。流路抵抗を軽減するために、供給孔９の断面積を大きくする方法として、１つの圧力室７に対して複数の供給孔９（ここでは２つ）を形成することが考えられる。しかしながら、図７に示すように、一方の供給孔９にのみインクの流れが生じてしまい全部の供給孔９から均等に圧力室７にインクが供給されない。つまり、各供給孔９でインクの供給に偏りが生じ、他方の供給孔９にはインクが充填されずに気泡が残ってしまうことになるのである。したがって、上述したように、１つの圧力室７に対して１つの供給孔９を形成することが望ましい。
【００５５】
図８は、上述した液滴吐出ヘッド１００を搭載した液滴吐出装置１５０の一例を示した斜視図である。また、図９は、液滴吐出装置１５０の主要な構成手段の一例を表す図である。この液滴吐出装置１５０は、液滴吐出方式（インクジェット方式）による印刷を目的とする、いわゆる一般的なシリアル型のインクジェットプリンタである。また、搭載される液滴吐出ヘッド１００は、上述したようにインク流路（Ｓ２〜Ｓ０まで）での、流路抵抗が小さく、かつ、チョークの発生を防止しているので、液滴吐出装置１５０も同様の効果を得ることができる。
【００５６】
液滴吐出装置１５０は、被印刷物であるプリント紙１１０が支持されるドラム１０１と、プリント紙１１０にインクを吐出し、記録を行う液滴吐出ヘッド１００とで主に構成される。また、液滴吐出ヘッド１００にインクを供給するための図示省略のインク供給手段がある。プリント紙１１０は、ドラム１０１の軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ１０３により、ドラム１０１に圧着して保持されるようになっている。このドラム１０１の軸方向に平行に設けられている送りネジ１０４によって液滴吐出ヘッド１００が保持されるようになっている。
【００５７】
そして、この送りネジ１０４が回転することによって液滴吐出ヘッド１００がドラム１０１の軸方向に移動する。一方、ドラム１０１は、ベルト１０５等を介してモータ１０６により回転駆動されるようになっている。また、プリント制御手段１０７は、印画データ及び制御信号に基づいて送りネジ１０４及びモータ１０６を駆動させるようになっている。さらに、プリント制御手段１０７は、図示省略の発振駆動回路を駆動させて振動板４を制御しながらプリント紙１１０に印刷を行わせるようになっている。
【００５８】
ここでは、液体をインクとしてプリント紙１１０に吐出するようにしている場合を例に説明したが、これに限定するものではない。たとえば、カラーフィルタとなる基板に吐出させる用途においては、カラーフィルタ用の顔料を含む液体であってもよい。また、有機化合物等の電界発光素子を用いた表示パネル（ＯＬＥＤ等）の基板に吐出させる用途においては、発光素子となる化合物を含む液体であってもよい。さらに、基板上に配線する用途においては、導電性金属を含む液体であってもよい。
【００５９】
一方、液滴吐出ヘッド１００をディスペンサとし、生体分子のマイクロアレイとなる基板に吐出する用途に用いる場合では、ＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏ  Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄｓ：デオキシリボ核酸）や、ＲＮＡ（Ｒｉｂｏ  Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄ：リボ核酸）、ＰＮＡ（Ｐｅｐｔｉｄｅ  Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄｓ：ペプチド核酸）等のタンパク質プローブを含む液体を吐出させるようにしてもよい。その他、布等の染料の吐出等にも利用することができる。
【００６０】
この実施の形態では、液滴吐出ヘッド１００が電極基板４、キャビティ基板３、リザーバ基板２及びノズル基板１の４つの基板が積層されて構成されている場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。たとえば、圧力室７とリザーバ１０とを同一基板に形成し、３つの基板が積層されて構成される液滴吐出ヘッドについても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】実施の形態に係る液滴吐出ヘッド分解した状態を示す分解斜視図である。
【図２】液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】供給孔と圧力室との関係を説明するための説明図である。
【図４】インク流路の断面積と流路抵抗との関係の調査結果を示す説明図である。
【図５】インク流路内を流れるインクの流速を示すシミュレーション図である。
【図６】インク流路内を流れるインクの流速を示すシミュレーション図である。
【図７】インク流路内を流れるインクの流速を示すシミュレーション図である。
【図８】液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置の一例を示した斜視図である。
【図９】液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  ノズル基板、２  リザーバ基板、３  キャビティ基板、４  電極基板、５  ノズル孔、６  ノズル連通孔、７  圧力室、８  振動板、９  供給孔、１０  リザーバ、１１  インク供給孔、１２  凹部（ガラス溝）、１３  ギャップ（振動室）、１４  封止部材、１５  ドライバＩＣ、１６  共通電極、１７  個別電極、１７ａ  リード部、１７ｂ  端子部、２０  ＩＣ入力実装部、２１  ＦＰＣ実装部、２２  第１の穴部、２３  第２の穴部、２４  収容部、１００  液滴吐出ヘッド、１０１  ドラム、１０３  紙圧着ローラ、１０４  送りネジ、１０５  ベルト、１０６  モータ、１０７  プリント制御手段、１１０  プリント紙、１５０  液滴吐出装置。
【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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