(57)【要約】【課題】液体吐出のために圧力発生手段を駆動した時に生じる圧力振動を十分に減衰させることができる液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】液体吐出ヘッド７が、基板２０の一方の面側に設けられて圧力発生手段２３を含む圧力室１１と、基板２０の他方の面側に設けられた共通液室２１と、液体流路１５と、圧力室１１に連通する吐出口１２とを有する。液体流路１５は、基板２０を貫通する貫通孔部１６を含み、圧力室１１と共通液室２１とを接続している。貫通孔部１６の内部の圧力室１１側の領域に、変位不能な剛体面３２と変位可能な弾性面２６とを含む振動減衰機構１４が設けられている。剛体面３２および弾性面２６は貫通孔部１６の貫通方向に対して交差する面である。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一方の面側に設けられており圧力発生手段を含む圧力室と、前記基板の他方の面側に設けられている共通液室と、前記基板を貫通する貫通孔部を含み前記圧力室と前記共通液室とを接続している液体流路と、前記圧力室に連通している吐出口と、を有し、
前記貫通孔部の内部の前記圧力室側の領域に、変位不能な剛体面と変位可能な弾性面とを含む振動減衰機構が設けられており、前記剛体面および前記弾性面は前記貫通孔部の貫通方向に対して交差する面である、液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記剛体面と該剛体面に対向する前記共通液室の内面との間の前記貫通方向の距離Ｈは、該貫通方向に直交する方向の前記貫通孔部の幅Ｗよりも長い、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記振動減衰機構は、前記貫通孔部の内部の前記圧力室側の端部から前記共通液室側に向かって突出する突出部を含み、前記剛体面は前記突出部の端面であり、前記弾性面は前記突出部の端面に支持されたメンブレンからなる、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記弾性面は、隣接する前記圧力室同士の間の隔壁の空洞を覆う位置にある、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
基板の一方の面側に設けられており圧力発生手段を含む圧力室と、前記基板の他方の面側に設けられている共通液室と、前記基板を貫通する貫通孔部を含み前記圧力室と前記共通液室とを接続している液体流路と、前記圧力室に連通している吐出口と、を有し、
前記貫通孔部の内部の前記圧力室側の領域に、変位不能な段差剛体面と変位可能な弾性面とを含む振動減衰機構が設けられており、前記段差剛体面および前記弾性面は前記貫通孔部の貫通方向に対して交差する面であり、前記段差剛体面は、前記貫通孔部の内部の、前記弾性面に比べて前記共通液室に近い位置に、前記貫通孔部の内壁から内側に向かって突出する段差部によって形成されている、液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記弾性面と前記段差剛体面との間の前記貫通方向の距離Ｈｄは、前記段差剛体面と該段差剛体面に対向する前記共通液室の内面との間の前記貫通方向の距離Ｈｃの半分よりも短い、請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記段差剛体面は、平面的に見て前記弾性面の周囲を取り囲むように位置している、請求項５または６に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記段差剛体面は前記共通液室側から前記圧力室側に向かって先細のテーパー形状である、請求項５から７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
前記貫通孔部の内周縁は非円形状である、請求項１から８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記貫通孔部の内壁面の少なくとも一部が、前記共通液室側から前記圧力室側に向かって先細のテーパー形状である、請求項１から９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドと、前記圧力発生手段を駆動する駆動手段と、を含む液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被記録体に液体インクを吐出して記録を行うインクジェット記録では、より高精細かつより高速度の記録が望まれるため、液体を吐出する複数の吐出口が２次元的に配列された液体吐出ヘッドが広く用いられている。液体吐出ヘッドには、複数の吐出口にそれぞれ連通する複数の圧力室が設けられ、各圧力室にはピエゾ素子等を含む圧力発生手段が配置されている。
複数の圧力室が高密度に配置された液体吐出ヘッドでは、圧力室の圧力発生手段を駆動した時に発生する圧力変動が近接する圧力室に干渉する相互干渉（クロストーク）が生じる。その結果、液体吐出状態が変化し、記録品質が劣化する。
【０００３】
そこで、特許文献１，２には、２次元的に配列された複数の吐出口と、各吐出口にそれぞれ連通する複数の圧力室と、複数の圧力室に連通する共通液室と、共通液室に隣接するダンパとを含む液体吐出ヘッドが記載されている。
【０００４】
特許文献１の液体吐出ヘッドでは、共通液室と圧力室との境界に振動板が配置されており、振動板の一部が、圧力変動を吸収する薄いダンパ部として機能する。
特許文献２の液体吐出ヘッドでは、圧力室と圧力室に液体を供給する流路とが形成された流路形成部材に、流路と連通する気泡溜りとなる空間が形成されている。この気泡溜りとなる空間が、圧力変動を吸収するダンパとして機能する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３０７７７４号公報
【特許文献２】特開２００９−２２０３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１，２に記載された液体吐出ヘッドでは、圧力変動を十分に防ぐことはできない。その理由について説明する。
一般に、圧力波の経路内の剛体面は波動の固定端として機能し、圧力波の経路内の柔軟な弾性面は波動の自由端として機能する。波動の固定端では、波動の媒体である液体は剛体面に規制されて運動できず、圧力振動が生じる。それに対し、波動の自由端では、波動の媒体である液体があまり規制されずに運動し、圧力振動は生じ難い。固定端であっても自由端であっても圧力波は反射される。特許文献１では柔軟な振動板がダンパとして用いられ、特許文献２では気泡がダンパとして機能する。いずれも波動の自由端として機能し、波動の媒体である液体はダンパに接する位置において自由に動くことができる。ダンパの表面の付近では、圧力振動はごく小さいが、自由端として波動を反射することを防ぐことはできない。従って、ダンパに隣接する共通液室が共振して圧力振動が生じることを十分に防ぐことはできない。このように、従来のダンパは、波動の減衰効果が不十分であった。
【０００７】
そこで本発明の目的は、液体吐出のために圧力発生手段を駆動した時に生じる圧力振動を十分に減衰させることができる液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の液体吐出ヘッドは、基板の一方の面側に設けられており圧力発生手段を含む圧力室と、基板の他方の面側に設けられている共通液室と、複数の液体流路と、圧力室に連通している吐出口とを有している。液体流路は、基板を貫通する貫通孔部を含み、圧力室と共通液室とを接続している。そして、貫通孔部の内部の圧力室側の領域に、変位不能な剛体面と変位可能な弾性面とを含む振動減衰機構が設けられている。剛体面および弾性面は貫通孔部の貫通方向に対して交差する面である。または、貫通孔部の内部の圧力室側の領域に、変位不能な段差剛体面と変位可能な弾性面とを含む振動減衰機構が設けられている。段差剛体面および弾性面は貫通孔部の貫通方向に対して交差する面であり、段差剛体面は、貫通孔部の内部の、弾性面に比べて共通液室に近い位置に、貫通孔部の内壁から内側に向かって突出する段差部によって形成されている。
【０００９】
この構成によると、貫通孔部の内部に発生する圧力振動を、変位不能な剛体面および段差剛体面は固定端として反射し、変位可能な弾性面は自由端として反射する。固定端と自由端では振動モードが異なるため、剛体面や段差剛体面の部分における圧力振動と、弾性面の部分における圧力振動とが互いに打ち消し合うことによって、圧力振動が減衰する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、貫通孔部の内部に発生した圧力振動を効率良く減衰させることができ、それにより高精度かつ高速度の液体吐出が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態の液体吐出装置を示す模式図である。
【図２】図１に示す液体吐出装置の液体吐出ヘッドユニットを吐出口側から見た模式図である。
【図３】図２に示す液体吐出ヘッドの全体構成を示す斜視図および底面図である。
【図４】図３に示す液体吐出ヘッドのヘッドチップの分解斜視図である。
【図５】図３に示す液体吐出ヘッドの断面図である。
【図６】本発明の一実施形態の液体吐出ヘッドの変形例の断面図である。
【図７】本発明の一実施形態の液体吐出ヘッドの変形例の底面図である。
【図８】本発明の他の実施形態の液体吐出ヘッドの断面図である。
【図９】本発明の他の実施形態の液体吐出ヘッドの変形例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の液体吐出装置の一例を模式的に示している。この液体吐出装置によると、被記録体である記録紙１が、搬送手段である紙送りローラー２によって矢印方向に送られる。記録紙１の搬送経路中に、記録紙１を支持するプラテン３が設けられている。プラテン３に対向する位置には、記録紙１に液体を吐出して記録を行う記録部が設けられている。本実施形態の記録部には、４つの液体吐出ヘッドユニット４が設けられている。それぞれの液体吐出ヘッドユニット４は、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの液体インクをプラテン３上の記録紙１に向かって吐出してインクジェット記録を行う。液体吐出ヘッドユニット４はピエゾ素子または発熱素子などを含む圧力発生手段を有し、圧力発生手段を電気的に駆動する駆動手段５が接続されている。各駆動手段５は、コントローラー６から送られる画像信号等に基づいて圧力発生手段を電気的に駆動する。
【００１３】
図２は、１つの液体吐出ヘッドユニット４を吐出口側から見た図を示している。液体吐出ヘッドユニット４は、複数の液体吐出ヘッド７が千鳥状に配置された構成である。個々の液体吐出ヘッド７は２０００個の吐出口を備えており、１２００ｄｐｉ（１インチ（約２．５４ｃｍ）あたり１２００ドット）の記録が可能である。
【００１４】
図３（ａ）は、本実施形態の液体吐出ヘッド７の全体構成を示す斜視図であり、図３（ｂ）は、その吐出口形成面側から見た底面図である。図３（ａ），３（ｂ）においては、構成をわかりやすくするために、供給流路を透視して示している。
この液体吐出ヘッドでは、主に樹脂材料からなるマニホールド１０１に、チッププレート１０２によって（本実施形態では２つの）ヘッドチップ１０８が固定されている。マニホールド１０１からチッププレート１０２を介してヘッドチップ１０８に至る供給流路１０５が形成されている。このマニホールド１０１とチッププレート１０２とヘッドチップ１０８の組立体に、ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）１０３が取り付けられている。ＦＰＣ１０３は、液体吐出装置の駆動手段５からの駆動信号をヘッドチップ１０８へ送るための配線を備えている。マニホールド１０１には中空の入口ジョイント部１０４が取り付けられている。入口ジョイント部１０４の中空部は、マニホールド１０１およびチッププレート１０２の供給流路１０５を介して、ヘッドチップ１０８の内部につながっている。
【００１５】
図４は、ヘッドチップ１０８の内部構造を層毎に示す分解斜視図である。ヘッドチップ１０８は、主に図４に示されている５つの層（基板）２０５，２０，２４，２０３，２０６からなり、図面上方の層から順番に積層されている。図４では、見やすくするために、４つの層２０，２４，２０３，２０６の微細な開口部分は黒く図示している。個々の層の役割と流路構成とについて以下に説明する。
【００１６】
図４に示すように、Ｓｉ基板からなる共通液室基板２０５が最上位に位置している。共通液室基板２０５には、平行四辺形状の共通液室２１が設けられている。この共通液室２０５が形成されている面が、マニホールド１０１に接続される。従って、マニホールド１０１の、ヘッドチップ１０８と接続される面が、共通液室２１の＋Ｚ方向の内面（後述する内面２２）になる。マニホールド１０１にヘッドチップ１０８を固定すると、共通液室２１は供給流路１０５に繋がる。
共通液室基板２０５の、共通液室２１が形成されているのと反対側の面に、Ｓｉ基板からなる回路配線基板である支持基板２０が積層されている。支持基板２０には、厚さ方向に貫通する貫通孔部１６が設けられている。また、図示しないが、支持基板２０には、駆動回路、配線、層間接続端子、ＦＰＣ接続端子等が形成されている。
支持基板２０には、感光性のドライフィルム２４が積層されている。ドライフィルム２４内の中央部には、個別電極と、貫通孔部１６と個別に連通する複数の穴とが設けられている。
ドライフィルム２４には、Ｓｉ基板からなる圧力室基板２０３が積層されている。圧力室基板２０３には、複数の圧力室１１および個別流路部１３が形成され、各圧力室１１に対応して、薄膜状の圧力発生手段２３が形成されている。各圧力室１１は、個別流路部１３を介して貫通孔部１６と連通している。
さらに、圧力室基板２０３に、Ｓｉ基板からなる吐出口基板２０６が積層されている。吐出口基板２０６を貫通するように設けられている吐出口１２が、各圧力室１１に連通している。
前記したように、これらの５つの基板２０５，２０，２４，２０３，２０６からなるヘッドチップ１０８が、チッププレート１０２を介してマニホールド１０１に搭載されて、液体吐出ヘッド７が構成されている。
【００１７】
この液体吐出ヘッド７では、共通液室２１に収容されている液体（例えば液体インク）が、液体流路１５（貫通孔部１６および個別流路部１３）を介して、圧力室１１に流入する。コントローラー６および駆動手段５からＦＰＣ１０３等を介して圧力発生手段２３の電極に電気信号が供給されると、圧力発生手段２３が圧力室１１内の液体に圧力を加える。例えばピエゾ素子の圧電変形により圧力発生手段２３が圧力室１１の容積を縮小させるように変形して、圧力室１１内の液体に加圧する。加圧された液体は、圧力室１１内から吐出口１２を介して外部に吐出し、例えば記録紙１に付着して画像を形成する。このように、圧力室１１に面して設けられている圧力発生手段２３のピエゾ素子は、駆動手段５が発生する駆動波形信号が印加されて駆動される。記録すべき画像に応じて、ピエゾ素子が実際に駆動される場合と、信号が供給されず駆動されない場合とが存在することは言うまでもない。
【００１８】
図５（ａ），（ｂ）は、液体吐出ヘッド７の主要部の断面図である。この液体吐出ヘッド７では、吐出口基板２０６と圧力室基板２０３との間に形成されている圧力室１１と、支持基板２０と共通液室基板２０５との間に形成されている共通液室２１とが、貫通孔部１６と個別流路部１３からなる液体流路１５を介して接続されている。貫通孔部１６と個別流路部１３とは互いに実質的に垂直に交わっているため、液体流路１５は一部が直角に屈曲した形状である。
【００１９】
共通液室２１と圧力室１１とをつなぐ液体流路１５の貫通孔部１６の圧力室側の領域、具体的には個別流路部１３との接続部分に、剛体面３２と弾性面２６とを含む振動減衰機構の一例である突出部１４が設けられている。図５に示すように、この突出部１４は筒状であり、貫通孔部１６の個別流路部１３側の端部に位置し、貫通孔部１６の長手方向（穿孔方向、貫通方向）、すなわち支持基板１０８ｂの厚さ方向に、共通液室側に向かって突出している。この突出部１４の先端面が、変位不能な剛体面３２であり、圧力室側の領域、すなわち少なくとも貫通孔部１６の中心よりも圧力室側（個別流路部側）に位置している。そして、筒状の突出部１４の中空部の一端を塞ぐように固定されたメンブレンにより、変位可能な弾性面２６が形成されている。弾性面２６および剛体面３２はいずれも、同一面上にあり、貫通孔部１６の長手方向（支持基板１０８ｂの厚さ方向、貫通方向）に交差する、好ましくは実質的に直交する面である。突出部１４は、個別流路部１３の隔壁の１つを構成している。突出部１４は筒状であり、その中空部の一端が弾性面２６によって塞がれ、他端が吐出口基板２０６によって塞がれており、内部の空洞２８は空気の溜まり場である。弾性面２６を構成するメンブレンは、突出部１４の空洞を覆う状態に保持され、液体流路１５内の液体の移動に伴う圧力によって弾性変形可能である。従って、弾性面２６は変位可能である。突出部１４は、圧力室１１の側壁や個別流路部の側壁と同様に圧力室基板２０３からなり、液体吐出ヘッド７の通常の使用中に変形することはない。突出部１４の端面は変位不能な剛体面３２である。仮に、突出部１４の端面上にメンブレンが重なっていても、その部分は突出部１４に密着して変位不能であるため、剛体面３２とみなされる。剛体面３２と弾性面２６は、貫通孔部１６の長手方向に見て互いに重なり合わない位置に設けられている。
【００２０】
剛体面３２から、貫通孔部１６および共通液室２１を介して剛体面３２に対向する共通液室２１の内面２２（図３に示すマニホールド１０１の、ヘッドチップ１０８と接続される面）までの距離Ｈは、貫通孔部１６の長手方向に直交する幅Ｗよりも長い。すなわち、貫通孔部１６は細長い形状である。この貫通孔部１６の中では、長手方向にも幅方向にも波動が反射して定在波を発生する可能性があるが、一般に波長の短い（周波数が高い）波動ほど減衰し易いという性質がある。貫通孔部１６の幅Ｗは長さＨよりも短いため、幅方向の波動は長手方向の波動に比べて減衰し易い。また、後述するように、長手方向の波動は、剛体面３２と弾性面２６の作用によって減衰させられる。従って、幅方向の波動も長手方向の波動も減衰する。剛体面３２と弾性面２６は長手方向（貫通方向）に対してほぼ垂直に位置しているので、貫通孔部１６の形状に依存する波動が剛体面３２および弾性面２６にほぼ垂直に当たり、高い減衰効果が得られる。
【００２１】
この液体吐出ヘッド７において、圧力発生手段２３によって圧力室１１の内部に発生した圧力は、吐出口１２から液体を吐出するために作用する。それと同時に、圧力は液体を媒体として個別流路部１３から貫通孔部１６へ向かって伝播する。そして、貫通孔部１６の内部の液体に、貫通孔部１６の細長い形状に起因する圧力振動の共振の定在波（音波）が発生する。具体的には、貫通孔部１６の端部の突出部１４の剛体面３２と、対向する共通液室２１の内面２２との間に、図５（ｂ）に示す共振の定在波Ａが発生する。そして、弾性面２６と、対向する共通液室２１の内面２２との間に、共振の定在波Ｂが発生する。図５（ｂ）に示すように、定在波Ｂの波長は定在波Ａの波長の２倍程度である。
【００２２】
定在波Ａは、剛体面３２と共通液室２１の内面２２の両方が波動の固定端として機能して圧力波を反射するので、距離Ｈは以下の数１で表される。
Ｈ＝（λａ／２）×Ｎａ・・・（数１）
Ｎａは自然数、λａは圧力波の波長である。
一方、定在波Ｂは、弾性面２６が自由端として、共通液室２１の内面２２が固定端として機能して圧力波を反射するので、距離Ｈは以下の数２で表される。
Ｈ＝（λｂ／２）×（Ｎｂ−１／２）・・・（数２）
Ｎｂは自然数、λｂは圧力波の波長である。
【００２３】
このように、定在波Ａと定在波Ｂの振動モードが互いに異なるので、双方は振動を打ち消し合い、つまり相殺されて減衰する。具体的には、剛体面３２および弾性面２６の表面付近では、剛体面３２が定在波の節になり、弾性面が定在波の腹になるので、明らかに動きが異なり、両者の間で摩擦を生じて減衰する。従って、貫通孔部１６の長手方向の端部領域に、剛体面３２と弾性面２６を含む突出部（振動減衰機構）１４を設けることで、細長い貫通孔部１６の形状に起因する圧力振動を効率よく減衰することができる。その結果、隣接する圧力室１１の間の相互作用、いわゆるクロストークの影響を低減し、高精度の液体吐出が可能になる。この液体吐出ヘッド７を有する液体吐出装置において、液体吐出による画像を形成する場合には、クロストークによる影響が小さく良好な画像が形成できる。このように振動減衰機構は剛体面３２と弾性面２６とを含む。本実施形態においては吐出口基板２０６に対して突出する突出部の端面側に剛体面３２と弾性面２６を設けたが本発明はこの構成に限られない。
【００２４】
次に、本実施形態のヘッドチップ１０８の製造方法について説明する。支持基板２０（例えばＳｉ基板）の一方の面に、圧力発生手段２３に電力を供給するための電気配線を形成する。また、支持基板２０を厚さ方向に貫通する穴をあけることにより、貫通孔部１６を形成する。次に、圧力室基板２０３にスパッタリングによって振動板になるＳｉＮ膜を形成する。このＳｉＮ膜の上に、ＰＺＴと電極（例えばＴｉ、Ｐｔ、Ａｕ等からなる電極）を成膜し、パターニングすることで、ピエゾ素子を形成する。さらに、振動可能な間隔をおいて圧力発生手段２３を保持するための空隙部材となるドライフィルム２４を積層形成してパターニングする。
【００２５】
それから、圧力室基板２０３上にパターニングしたドライフィルム２４に支持基板２０を貼り付ける。この時、バンプ接続によって、圧力発生手段２３の電極と電気配線とを接続する。支持基板２０に圧力室基板２０３を貼り付けてから、圧力室基板２０３を、ＳｉＮ膜・ＰＺＴ・電極が形成された面と反対側からドライエッチングして、ＳｉＮ膜とピエゾ素子とからなる薄膜状の圧力発生手段２３を形成する。それと同時に、圧力室１１と、圧力室１１につながる個別流路部１３と、弾性膜２６となる薄く弾性変形可能なメンブレンと、先端部が剛体面３２となる筒状の突出部１４を形成する。メンブレンは、支持基板２０の一方の面において隣り合う個別流路部１３となる凹部同士の間の隔壁部分に、圧力発生手段２３と同様に圧力室基板２０３をドライエッチングすることによって形成され、筒状の突出部１４の中空部分の一端部を塞ぐ。
【００２６】
その後、各圧力室１１と対向する位置にそれぞれ吐出口１２を有する吐出口基板２０６を、圧力室基板２０３の、ドライエッチングした面側に貼り付ける。このとき、吐出口基板２０６が、圧力室基板２０３の一方の面に形成された凹部を塞いで圧力室１１および個別流路部１３を形成するとともに、突出部１４の中空部を塞ぐ。これにより、突出部１４と、メンブレンと、吐出口基板２０６とで囲まれた空洞２８が形成される。
【００２７】
この液体吐出ヘッド７では、貫通孔部１６の内部の液体に発生した圧力振動が、メンブレンからなる弾性面２６が自由端となって生じる長波長の振動と、突出部１４の端面である剛体面３２が固定端となって生じる短波長の振動とが互いに相殺し合って減衰する。従って、隣接する圧力室１１同士のクロストークを抑えることができる。この液体吐出ヘッド７を複数個組み込んで、図１に示すような液体吐出装置を構成すると、記録紙１に高精細かつ高速で良好な画像を形成することができる。
【００２８】
この液体吐出ヘッド７では、弾性膜２６となるメンブレンが振動板と同時に同じ材料から形成され、端面が剛体面３２となる突出部１４が圧力室１１および個別流路部１３と同時に同じ材料から形成される。従って製造工程が容易である。ただし、予め所望の厚さおよび形状に形成された圧力発生手段２３とメンブレンを圧力室基板２０３に貼り付ける構成であってもよい。また、これらは全て圧力室基板２０３によって形成されているが、一部を別の基板（例えば吐出口基板２０６、またはその他の基板）によって形成することもできる。
【００２９】
本実施形態によると、貫通孔部１６が細長い形状であるため、その形状に起因する圧力振動が発生する。すなわち、幅方向には減衰しやすい圧力振動が発生し、長手方向には減衰しにくい圧力振動が発生しやすい。しかし、貫通孔部１６の長手方向端部領域に剛体面３２と弾性面２６とが存在するので、長手方向に伝播する圧力振動を効率よく減衰することができる。
また、貫通孔部１６内の剛体面３２と弾性面２６とが、支持基板２０に垂直な方向に見て、貫通孔部１６と重なる位置にあるので、支持基板２０上の電気配線のスペースなどを妨げることが少なく、圧力室１１を高密度配置することができる。剛体面３２と弾性面２６は、貫通孔部１６の長手方向に対して交差する面、好ましくは実質的に垂直な面であるので、長手方向に伝播する圧力振動を効率よく減衰することができる。
そして、本実施形態では、弾性面２６は、隣接する圧力室同士の間の隔壁の空洞を覆う位置にあるので、製造が容易であるとともに、耐久性が高い。
【００３０】
図６（ａ），６（ｂ）は、本実施形態の液体吐出ヘッド７の変形例を示している。図６（ａ），（ｂ）に示す変形例では、貫通孔部１６が、共通液室２１との接合部分から個別流路部１３との接合部分に向かって先細のテーパー形状に形成されている。このように貫通孔部１６の内壁面がテーパー形状であると、貫通孔部１６の長手方向において貫通孔部１６の幅が広く流抵抗を低減できるという利点がある。図６（ａ）に示す変形例では、貫通孔部１６の、個別流路部１３と接合する部分がストレートであって、それ以外の部分はテーパー形状である。図６（ｂ）に示す変形例では、共通液室２１との接合部分から個別流路部１３との接合部分まで、貫通孔部１６が全体的にテーパー形状である。いずれの構成においても、流抵抗の低減により液体の流通が円滑になるという効果が得られる。なお、図６（ａ），６（ｂ）に示す構成と逆に、貫通孔部１６が、共通液室２１との接合部分から個別流路部１３との接合部分に向かって幅広になる逆テーパー形状に形成されてもよい。ただし、流抵抗を低減するという観点からは、図６（ｂ）に示す構成が好ましい。また、製造工程の容易さの観点からは、図５に示すように貫通孔部がストレート形状である構成が好ましい。
【００３１】
図７は、１つの貫通孔部１６に４つの圧力室１１および個別流路部１３が接続されている構成を示している。この構成では、剛体面３２は弾性面２６の周囲を取り囲むように配置されている。すなわち、図５〜６に示す構成では、剛体面３２が弾性面２６の外周の一部（例えば２辺）のみに隣接する位置に設けられていればよい。それに対し、図７に示す構成では、平面的に見て弾性面２６の全周を取り囲むように枠状の剛体面３２を形成している。これにより、剛体面３２と弾性面２６との境界線が長くなり、前述した圧力振動の相殺が、弾性面３２の全周にわたって生じる。従って、個別流路部１３の近傍の圧力波動を効率よく減衰することができ、各圧力室１１間の相互作用（クロストーク）の影響を低減することができる。
【００３２】
しかも、貫通孔部１６の内周縁は非円形状であるため、貫通孔部１６の内部において長手方向に直交する幅方向の短周期の圧力波動が残っていても、その共振をさらに抑えることができる。これは、貫通孔部１６内の中心から貫通孔部１６の内壁までの距離が方向によって異なり、すなわち、径方向の距離が異なるため波長が異なるので、幅方向の共振が起こりにくいからである。なお、図７に示す例では、１つの貫通孔部１６に４つの圧力室１１が液体流路１３を介して接続されているが、１つの貫通孔部１６に対して１つまたは２つの圧力室１１が液体流路を介して接続された構成であってもよい。
【００３３】
図８は、本発明の他の実施形態の液体吐出ヘッド７の主要部を示している。前述した実施形態の液体吐出ヘッド７と実質的に同じ部分については説明を省略する。
図８（ａ）に示す構成では、貫通孔部１６は内径が２段階になるように形成されており、共通液室２１につながる部分が大径で、個別流路部１３につながる部分が小径である。大径の部分と内径の部分の境界に位置する段差部が、貫通孔部１６の内側に突出する段差剛体面３３を構成している。この段差剛体面３３から、それに対向する共通液室２１の内面２２までの距離Ｈｃは、大径の部分の幅Ｗよりも長い。このように、大径部分を細長い形状にすることによって、その形状に起因する圧力振動を発生させることができる。
【００３４】
また、貫通孔部１６の個別流路部１３側の端部には、弾性面２６となるメンブレンと空洞２８が設けられている。すなわち、図５〜６に示す構成と同様な突出部１４が設けられており、突出部１４の端面が剛体面３２であって、この突出部１４に取り付けられているメンブレンが弾性面２６を構成している。従って、前述したように、弾性面２６が波動の自由端となって生じる長波長の振動と、突出部１４の端面である剛体面３２が波動の固定端となって生じる短波長の振動とが互いに相殺し合って、貫通孔部１６の内部の液体に発生した圧力振動が減衰する。
【００３５】
さらに、本実施形態では、弾性面２６から離れた位置に段差剛体面３３が設けられている。この段差剛体面３３は、弾性面２６と同様に貫通孔部１６の長手方向（穿孔方向、貫通方向）に対して実質的に垂直な面であるので、貫通孔部１６の形状に起因する圧力波が実質的に垂直に当たり、高い減衰効果が得られる。すなわち、本実施形態の振動減衰機構は、前述した実施形態と同様な突出部１４およびメンブレンと段差部とを含む。段差剛体面３３は弾性面２６と同一面上にはなく、弾性面２６から段差剛体面３３までの距離Ｈｄは、距離Ｈｃの半分よりも短い。従って、貫通孔部１６の形状に起因する圧力振動をさらに効率よく減衰する効果がある。この点について説明すると、図８（ｂ）に示すように、弾性面２６とそれに対向する共通液室２１の内面２２との間の液体に共振の定在波Ｂが発生し、段差剛体面３３とそれに対向する共通液室２１の内面２２との間の液体には共振の定在波Ｃが発生する。図８（ｂ）に示すように、定在波Ｂの波長は定在波Ｃの波長の２倍程度である。段差剛体面３３と共通液室２１の内面２２はいずれも波動の固定端として機能し、定在波Ｃは両固定端によって反射されるので、距離Ｈｃは、以下に示す数３で表される。
Ｈｃ＝（λｃ／２）×Ｎｃ・・・（数３）
ここで、Ｎｃは自然数であり、λｃは圧力波の波長である。
距離Ｈは前述したとおり、Ｈ＝（λｂ／２）×（Ｎｂ−１／２）である。
【００３６】
このように、定在波Ｃと定在波Ｂの振動モードが互いに異なるので、双方の定在波は振動を打ち消し合い相殺される。すなわち、貫通孔部１６の長手方向の端部およびその近傍に段差剛体面３３と弾性面２６を設けることで、細長い貫通孔部１６の形状に起因する圧力振動を効率よく減衰することができる。その結果、隣接する圧力室１１の間の相互作用、いわゆるクロストークの影響を低減し、高精度の液体吐出が可能になる。この液体吐出ヘッド７を有する液体吐出装置において、液体吐出による画像を形成する場合には、クロストークによる影響が小さく良好な画像が形成できる。
【００３７】
また、段差剛体面３３と弾性面２６は同一面上になく、弾性面２６から段差剛体面３３までの距離ＨｄがＨｃ／２より短くなっている。従って、圧力波動の倍波が生じにくくなり、貫通孔部１６の形状に起因する圧力振動をさらに効率よく減衰することができる。
仮に、前述した第１の実施形態のように剛体面３２と弾性面２６が同一面上にある場合には、例えば、数１の自然数（Ｎａ）が数２の自然数（Ｎｂ−１／２）の倍数のときに、波長λａが波長λｂの倍数になり倍波が生じる。それに対し、本実施形態では、段差剛体面３３と弾性面２６が同一面上にない（Ｈ≠Ｈｃ）ので、数１の自然数（Ｎｃ）が数２の自然数（Ｎｂ−１／２）の倍数であっても倍波が生じない。それでも両定在波の波長が倍数関係になって倍波が生じる可能性は否定できないが、本実施形態では、ＨｄがＨｃ／２より短いため、倍波が生じる可能性があるのは短波長（高周波数）の圧力波の場合である。前述した通り、短波長（高周波数）の波動は減衰しやすいので、クロストークの影響は小さい。また、本実施形態では、段差剛体面３３と弾性面２６との間に個別流路部１３に対応する空間が存在する。そのため、個別流路部１３の近傍の圧力振動は、前述したように段差剛体面３３を固定端とする波動と弾性面２６を自由端とする波動との打ち消し合いにより、効率よく減衰される。図８に示す実施形態のように、段差剛体面３３があれば、弾性体２６の周囲に形成される剛体面３２は必ずしも必要ではない。よって、弾性体を突出部の端部に設けるのではなく、例えば圧力室基板２０３に弾性体の膜を溶着等により固定し、この弾性膜に個別流路部１３と連通する開口を形成しても良い。この場合、弾性体の両面は液体と接することになりダンパの効果は制限されるが、弾性体の面積、変位量を考慮すれば本発明として適用可能である。より好ましくは、上述したように弾性体の一方の側に気体を存在させることでダンパ効果が高まる。
【００３８】
なお、本実施形態の変形例では、図９（ａ），９（ｂ）に示すように、貫通孔部１６が、共通液室２１側に位置する大径部分から、個別流路部１３側に向けて徐々に径が小さくなるように、部分的に先細のテーパー形状を有している。図９（ａ）に示す構成では、個別流路部１３につながる小径部では、再び内径が一定になっている。図９（ｂ）に示す構成では、個別流路部１３につながる部分まで内径が徐々に小さくなるテーパー形状になっている。
【００３９】
これらの構成では、貫通孔部１６の内側に突出するように形成された段差剛体面３３が傾斜面である。このように、貫通孔部１６の内側に突出する段差剛体面３３が傾斜面であると、貫通孔部１６の内部の共振周波数と等しい周波数の振動が貫通孔部１６以外の部分で発生して共振する危険性を低減する利点がある。すなわち、共通液室２１の内面２２から段差剛体面３３までの貫通孔部１６の長手方向の長さが、貫通孔部１６内の場所によって異なるので、共振周波数のピークを小さくすることが可能である。さらに、この構成では、貫通孔部１６の段差の角部に気泡が残留しにくく排出しやすいという利点がある。すなわち、貫通孔部１６の内部に気泡が発生した場合に、貫通孔部１６に連通している吐出口１２に液体を充填することで気泡を容易に排出できる。
【００４０】
また、図９（ａ），９（ｂ）に示す構成では、貫通孔部１６の長手方向において貫通孔部１６の幅が広くなり、流抵抗を低減できて液体の流通が円滑になるという効果が得られる。なお、図９（ａ），９（ｂ）に示す構成と逆に、貫通孔部１６が、共通液室２１側から個別流路部１３側に向かって幅広になる逆テーパー形状が部分的に設けられている構成であってもよい。ただし、気泡を排出しやすくするという観点や、流抵抗を低減するという観点からは、図９（ａ），９（ｂ）に示すテーパー形状が好ましい。また、貫通孔部１６内に複数の段差部が設けられ、貫通孔部１６の内径が３段階以上に変化する構成であってもよい。ただし、製造工程の容易さの観点からは、図８〜９に示すように段差部は１つである構成が好ましい。段差剛体面３３の形状が、貫通孔部１６の長手方向に対するテーパー形状であるので、貫通孔部１６の内部の液体の共振周波数と等しい周波数の振動が貫通孔部１６以外の部分で発生して共振する危険性が低い。
【００４１】
図８〜９に示す構成では、図５〜６に示す構成と同様に突出部１４の端面である剛体面３２を有する上に、段差剛体面３３も設けられている。従って、前述の実施形態のように、固定端となる剛体面３２の部分での圧力振動と、自由端となる弾性面２６での圧力振動とが打ち消し会うことによって、圧力振動が減衰する。さらに、段差剛体面３３での圧力振動と、弾性面２６での圧力振動とが相殺して、より効率よく圧力振動が減衰する。ただし、構造上可能であれば、弾性面２６と段差剛体面３３とが存在して、剛体面３２を省略した構成にしてもよい。
【００４２】
段差剛体面３３と弾性面２６は同一面上にないので、貫通孔部１６の内部に圧力振動の倍波が発生せず、より減衰しやすい。また、段差剛体面３３は、貫通孔部１６の内部の、共通液室２１側の断面積を広げた部分であるため、圧力室１１を高密度に配置し、かつ貫通孔部１６の断面積を大きくして流抵抗を低減することができる。また、弾性面２６と段差剛体面３３のうちの一方が、他方を囲む形状を有していると、貫通孔部の幅方向の短周期振動をさらに減衰できる。また、弾性面２６と段差剛体面３３との間の領域に個別流路部１３が配置されているので、圧力振動が発生した時に、弾性面２６と段差剛体面３３の境界近傍の個別流路部１３に圧力振動が伝播しない。なぜなら、弾性面２６と段差剛体面３３とで圧力振動の位相が異なり、打ち消し合うからである。
【００４３】
前述した各実施形態では、１つの圧力室１１に１つの貫通孔部１６が接続された構成について例示したが、１つの圧力室１１に複数の貫通孔部が接続された構成にも本発明を適用できる。また、図７に示すように剛体面３２が弾性面２６を囲む構成に限られず、弾性面が剛体面を囲む構成にすることも可能である。
【００４４】
以上説明したように、本発明の液体吐出ヘッドとそれを用いた液体吐出装置によると、複数の吐出口が高密度に配列されていても、圧力室間のクロストークの影響が小さく、精度良く液体吐出が行える。それにより、記録紙１などの被記録体に液体インクを吐出して高精細で美しい画像を高速度で形成することができる。特に、カラーの画像を形成する液体吐出装置の場合には、圧力室間のクロストークを抑えることにより、色ムラ等が無く高精細な画像を形成することができる。また、この液体吐出装置は、樹脂基板などの被記録体に導電性の液体インクを精度良く吐出して配線パターンを形成する、高性能の生産装置等としても幅広く用いることができる。
【符号の説明】
【００４５】
７      液体吐出ヘッド
１１    圧力室
１２    吐出口
１４    突出部（振動減衰機構）
１５    液体流路
１６    貫通孔部
２０    支持基板（基板）
２１    共通液室
２２    共通液室の内面
２３    圧力発生手段
２６    弾性面
２８    空洞
３２    剛体面
３３    段差剛体面
【図１】
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【図２】
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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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【図３】
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【図４】
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