JP6252013B2 - 液体吐出ヘッド、及び、液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ヘッド、及び、液体吐出装置に関する。

液体吐出ヘッド（液体噴射ヘッド）として、隔壁で仕切られた各圧力室が長手方向を並行させて形成された流路ユニットと、各圧力室内のインクに圧力を付与するための圧電アクチュエーターとを備えるインクジェットヘッドが知られている（特許文献１参照。）。この流路ユニットは、圧力室プレート、ベースプレート、マニホールドプレート及びノズルプレートが互いに積層されている。ベースプレート及びマニホールドプレートにおいてノズルに連通する貫通孔は、圧力室の直下に形成されている。また、ベースプレートにおいてマニホールドに連通する貫通孔も、圧力室の直下に形成されている。

特開２０１１−２１３１２３号公報

印刷物等の出力物の高画質化が求められる近年、ノズルの高密度化が進んでいる。しかし、ノズルが高密度となるほど、圧力室同士を仕切る隔壁等が薄くなり、圧力室を形成する構造の剛性が低下することが考えられる。この剛性が低下すると、隣接するノズルからの液体吐出に影響するクロストークと呼ばれる現象を発生させる可能性があり、インク滴の着弾位置が制御し難くなって印字品質が低下する可能性がある。なお、このような問題は、インクジェットヘッドに限らず、種々の液体吐出ヘッド及び液体吐出装置（液体噴射装置）にも同様に存在する。

以上を鑑み、本発明の目的の一つは、圧力室の構造的強度を向上させることが可能な技術を提供することにある。

上記目的の一つを達成するため、本発明は、ノズルに連通する連通孔を有する流路基板と、圧力室となる空間を有する圧力室基板と、が少なくとも積層され、電極に挟まれて前記圧力室に圧力を加える能動部を有するアクチュエーターを備えた液体吐出ヘッドであって、
前記圧力室基板は、前記空間のうち前記能動部に対応する領域に位置する第一の空間と、該第一の空間より前記ノズルに近く位置して前記第一の空間と連通する第二の空間と、を有し、
前記連通孔は、前記第二の空間と隣接し、前記第一の空間と隣接しておらず、
前記第二の空間において前記連通孔と対向する流路面の少なくとも一部は、前記第一の空間から離れるほど前記連通孔に近付く傾斜面であり、
前記傾斜面の前記流路基板側の縁部は、前記連通孔において前記第一の空間とは反対側に位置する縁部よりも前記第一の空間の近くに位置している、態様を有する。

さらに、本発明は、前記液体吐出ヘッドを備えた、インクジェットプリンター等の液体吐出装置の態様を有する。

上記流路基板の連通孔はアクチュエーターの能動部に対応する領域に位置する第一の空間と隣接していないので、流路基板において第一の空間と隣接する部位の剛性を高めることができ、アクチュエーターの能動部からの力を受け易い圧力室隔壁等の剛性を高めることができる。従って、上記態様は、圧力室の構造的強度を向上させることが可能な液体吐出ヘッド、及び、液体吐出装置を提供することができる。

ここで、流路基板と圧力室基板とは、接した状態で積層されてもよいし、別の部材を介して積層されてもよい。

さらに、本発明は、ノズルに連通する連通孔を有する流路基板と、圧力室となる空間を有する圧力室基板と、が少なくとも積層され、電極に挟まれて前記圧力室に圧力を加える能動部を有するアクチュエーターを備えた液体吐出ヘッドであって、
前記圧力室基板は、前記空間のうち前記能動部に対応する領域に位置する第一の空間と、前記第一の空間より前記ノズルから遠くに位置して前記第一の空間と連通する第三の空間と、を有し、
前記流路基板は、前記圧力室に供給する液体を貯留する共通液室に連通する第二の連通孔を有し、
前記第二の連通孔は、前記第三の空間と隣接し、前記第一の空間と隣接しておらず、
前記第三の空間において前記第二の連通孔と対向する流路面の少なくとも一部は、前記第一の空間から離れるほど前記第二の連通孔に近付く傾斜面であり、
前記傾斜面の前記流路基板側の縁部は、前記第二の連通孔において前記第一の空間とは反対側に位置する縁部よりも前記第一の空間から遠くに位置している、態様を有する。

さらに、本発明は、前記液体吐出ヘッドを備えた、インクジェットプリンター等の液体吐出装置の態様を有する。

上記流路基板の第二の連通孔はアクチュエーターの能動部に対応する領域に位置する第一の空間と隣接していないので、流路基板において第一の空間と隣接する部位の剛性を高めることができ、アクチュエーターの能動部からの力を受け易い圧力室隔壁等の剛性を高めることができる。従って、上記態様は、圧力室の構造的強度をさらに向上させることが可能な液体吐出ヘッド、及び、液体吐出装置を提供することができる。

前記第三の空間は、前記第一の空間を挟んで前記第二の空間とは反対側となる位置でなくてもよいが、前記第一の空間を挟んで前記第二の空間とは反対側に位置してもよい。この態様は、圧力室の構造的強度をさらに向上させた液体吐出ヘッドを提供することができる。

前記圧力室は、平面視において略矩形状に形成されてもよいが、平面視において略楕円状に形成されてもよい。この態様は、圧力室の長大化を抑制することができる。

記録ヘッド１を例示する断面図。 記録ヘッド１の要部を例示する断面図。 流路基板３０の要部を例示する斜視図。 圧力室基板１０の要部を例示する平面図。 （ａ）は図２の線Ａ１の位置において記録ヘッド１の要部を例示する断面図、（ｂ），（ｃ）はアクチュエーター２の構成を例示する断面図。 （ａ）は図２の線Ａ２の位置において記録ヘッド１の要部を例示する断面図、（ｂ）は図２の線Ａ３の位置において記録ヘッド１の要部を例示する断面図。 記録装置２００の構成の概略を例示する斜視図。 略楕円状の圧力室１２Ａを形成する変形例の圧力室基板１０の要部を示す平面図。 比較例の記録ヘッド９０１の要部を例示する断面図。 （ａ）は図９の線Ａ９２の位置において記録ヘッド９０１の要部を例示する断面図、（ｂ）は図９の線Ａ９３の位置において記録ヘッド９０１の要部を例示する断面図。

以下、本発明の実施形態を説明する。むろん、以下の実施形態は本発明を例示するものに過ぎず、実施形態に示す特徴の全てが発明の解決手段に必須になるとは限らない。

（１）液体吐出ヘッドの構成例：
図１は液体吐出ヘッド（液体噴射ヘッド）の一例であるインクジェット式記録ヘッド１を圧力室１２の幅方向Ｄ３（図４参照。）に対する垂直面で断面視した図、図２は図１のＢ部分を拡大した図、図３は流路基板３０のノズルプレート側面３０ｂの要部を例示する斜視図、図４は圧力室基板１０の振動板側面１０ａから便宜上、振動板１６を剥がして圧力室基板１０の要部を例示する平面図、図５（ａ）〜（ｃ）は図２の線Ａ１の位置において記録ヘッド１の要部を圧力室１２の長手方向Ｄ２に対する垂直面で断面視した図、図６（ａ），（ｂ）は図２の線Ａ２，Ａ３の位置において記録ヘッド１の要部を圧力室１２の長手方向Ｄ２に対する垂直面で断面視した図、である。図３においては、幅方向Ｄ３中央側の個別流路壁３４の図示を省略している。図４においては、アクチュエーター２の能動部４の位置を二点鎖線で示している。

上記図中、符号Ｄ１は、圧電素子３、基板１０，３０，５０、ケースヘッド７０、及び、ノズルプレート８０の厚み方向を示している。符号Ｄ２は、圧力室１２の長手方向を示し、例えば、流路基板３０の個別流路３５の向きとされる。符号Ｄ３は、圧力室１２の幅方向を示し、例えば、圧力室１２の併設方向とされる。各方向Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３は、互いに直交するものとするが、互いに交わっていれば直交していなくてもよい。分かり易く示すため、各方向Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の拡大率は異なることがあり、各図は整合していないことがある。

なお、本明細書で説明する位置関係は、発明を説明するための例示に過ぎず、発明を限定するものではない。従って、圧力室の下以外の位置、例えば、上、左、右、等に流路基板が配置されることも、本発明に含まれる。また、方向や位置等の同一、直交、等は、厳密な同一、直交、等のみを意味するのではなく、製造時等に生じる誤差等も含む意味である。更に、接すること、及び、接合することは、間に接着剤等の介在するものが有ることと、間に介在するものが無いこととの両方を含む。

記録ヘッド１に例示される本技術の液体吐出ヘッドは、ノズル８１に連通する連通孔３１を有する流路基板３０と、圧力室１２となる空間を有する圧力室基板１０と、が少なくとも積層され、電極２１，２２に挟まれて圧力室１２に圧力を加える能動部４を有するアクチュエーター２を備えている。圧力室基板１０は、前記空間のうち能動部４に対応する領域に位置する第一の空間Ｓ１と、第一の空間Ｓ１よりノズル８１に近く位置して第一の空間Ｓ１と繋がった第二の空間Ｓ２と、を有している。連通孔３１は、第二の空間Ｓ２と隣接し、第一の空間Ｓ１と隣接していない。本液体吐出ヘッドは、連通孔３１と能動部４とを重ならないようにオフセットさせることにより圧力室隔壁１１等の構造的強度を確保している。
図７に示す記録装置２００に例示される液体吐出装置（液体噴射装置）は、上述のような液体吐出ヘッドを備える。

ここで、流路基板３０と圧力室基板１０が積層されることには、両基板３０，１０が接した状態で互いに接合されること、及び、両基板３０，１０とは異なる間部材を挟んで両基板３０，１０が配置されること、が含まれる。両基板３０，１０が少なくとも積層されることには、両基板３０，１０だけが積層されること、並びに、ノズルプレート８０等の一以上の別部材及び両基板３０，１０が積層されること、が含まれる。
連通孔３１と第二の空間Ｓ２とが隣接することには、連通孔３１と第二の空間Ｓ２とが直接、接していること、間接部材を介して連通孔３１と第二の空間Ｓ２とが配置されること、のいずれも含まれる。
アクチュエーター２には、圧電素子、発熱により圧力室内に気泡を発生させる発熱素子、等が含まれる。

図１，２に示す記録ヘッド１は、圧電アクチュエーター２が設けられた圧力室基板１０、流路基板３０、保護基板５０、ケースヘッド７０、ノズルプレート８０、等を備える。

図２等に示す圧力室基板１０は、各ノズル８１に対応した個別の圧力室１２を形成し、振動板側面１０ａに振動板１６が設けられ、流路基板側面１０ｂに流路基板３０が接合されている。図２等に示す圧力室基板１０は、圧力室１２となる空間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を有している。圧力室基板１０と流路基板３０とは、例えば接着剤で接合される。振動板１６は圧力室１２の圧電素子３側の壁を構成し、流路基板３０の圧力室基板側面３０ａは圧力室１２の流路基板３０側の壁を構成している。図４等に示す圧力室１２は、圧力室基板１０に対する平面視で長尺な略四角形状に形成され、隔壁１１を介して幅方向Ｄ３へ並べられている。ノズルの高密度化が求められる近年、圧力室１２同士を仕切る隔壁１１が薄くなってきている。隔壁１１が薄くなると、圧力室１２の構造的強度が低下する可能性がある。
圧力室基板１０の材料には、シリコン基板、ステンレス鋼（ＳＵＳ）といった金属、セラミック、ガラス、合成樹脂、等を用いることができる。一例を挙げると、圧力室基板１０は、特に限定されないが膜厚が例えば数百μｍ程度と比較的厚く剛性の高いシリコン単結晶基板等から形成することができる。複数の隔壁１１によって区画された圧力室１２は、例えば、ＫＯＨ水溶液等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）等によって形成することができる。

図２等に示すアクチュエーター２は、振動板１６と圧電素子３を含む。
振動板１６の材料には、酸化シリコン（ＳｉＯx）、金属酸化物、セラミック、合成樹脂、等を用いることができる。振動板は、分離されない圧力室基板の表面を変性する等して圧力室基板と一体に形成されてもよいし、圧力室基板に接合されて積層されてもよい。また、振動板は、複数の膜で構成されてもよい。一例を挙げると、シリコン製の圧力室基板上に酸化シリコン膜といった弾性膜を形成し、この弾性膜上に酸化ジルコニウム（ＺｒＯx）といった絶縁膜を形成し、特に限定されないが厚みが例えば数百ｎｍ〜数μｍ程度の振動板を弾性膜と絶縁膜を含む積層膜で構成してもよい。弾性膜は、例えば、圧力室基板用のシリコンウェハを１０００〜１２００℃程度の拡散炉で熱酸化する等によって圧力室基板上に形成することができる。絶縁膜は、例えば、スパッタ法といった気相法等によりジルコニウム（Ｚｒ）層を弾性膜上に形成した後にジルコニウム層を５００〜１２００℃程度の拡散炉で熱酸化する等によって形成することができる。

図２に示す圧電素子３は、圧電体層２３と、圧電体層２３の圧力室１２側に設けられた下電極（第一電極）２１と、圧電体層２３の他方側に設けられた上電極（第二電極）２２とを有し、振動板１６上に設けられている。電極２１，２２の一方は、共通電極にされてもよい。図２にはフレキシブル基板等といった接続配線６６に下電極２１が例えば個別電極として接続されていることが示され、上電極２２が例えば共通電極として接地される。両電極は、Ｐｔ（白金）、Ａｕ（金）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｔｉ（チタン）、これらの金属の導電性酸化物、等の一種以上の材料を用いることができ、特に限定されないが厚みを例えば数ｎｍ〜数百ｎｍ程度にすることができる。下電極と上電極の少なくとも一方には、金属等といった導電性材料のリード電極が接続されてもよい。圧電体層２３は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛、化学量論比でＰｂ（Ｚｒx，Ｔｉ1-x）Ｏ3）といった鉛系ペロブスカイト型酸化物、非鉛系ペロブスカイト型酸化物、といった強誘電体材料等を用いることができ、特に限定されないが厚みを例えば数百ｎｍ〜数μｍ程度にすることができる。
下電極２１や上電極２２やリード電極は、例えば、スパッタ法といった気相法等によって振動板上に電極膜を形成してパターニングする等によって形成することができる。圧電体層２３は、スピンコート法といった液相法や気相法等によって下電極上に圧電体前駆体膜を形成し焼成等によって結晶化させてパターニングする等によって形成することができる。

圧電素子３の中で動く部分となる能動部４は、両電極２１，２２で圧電体層２３が挟まれた領域となる。図２の例では、長手方向Ｄ２において圧力室１２の両端部よりも内側となる長手方向能動端４ａ，４ｂの間にある部分の圧電素子３が能動部４であり、この能動部４の外側が非能動部である。長手方向Ｄ２における能動部４の右側（ノズル８１側）の能動端４ａは上電極２２及び圧電体層２３の端部であり、下電極２１は能動端４ａからさらに右側へ延びている。長手方向Ｄ２における能動部４の左側（共通液室３７側）の能動端４ｂは、両電極２１，２２及び圧電体層２３の端部である。
図５（ａ）は、幅方向Ｄ３において圧力室１２の両端部よりも内側となる幅方向能動端４ｃ，４ｄの間の振動板１６上に能動部４が設けられた例を示している。

図５（ｂ），（ｃ）の例では、幅方向Ｄ３において圧力室１２の両端部よりも内側となる幅方向能動端４ｃ，４ｄの間にある部分の圧電素子３が能動部４であり、この能動部４の外側が非能動部である。図５（ｂ）には、幅方向能動端４ｃ，４ｄが上電極２２及び圧電体層２３の端部であり、下電極２１が能動端４ｃ，４ｄからさらに外側へ延びている例を示している。図示していないが上電極が幅方向Ｄ３へ繋がった共通上電極構造の圧電素子の場合、幅方向Ｄ３において圧電体層が存在する範囲内で下電極の端部が幅方向能動端となる。
図５（ｃ）には、幅方向能動端４ｃ，４ｄが上電極２２の端部であり、下電極２１及び圧電体層２３が能動端４ｃ，４ｄからさらに外側へ延びている例を示している。共通上電極構造の場合、下電極の端部が幅方向能動端となる。

図２，４，５（ａ）等に示すように、圧力室基板１０において能動部４に対応する領域に位置する空間を第一の空間Ｓ１とする。この第一の空間Ｓ１は、圧力室基板１０に形成された空間のうち平面視で能動部４と重なる部分であり、圧力室基板１０に対して能動部４を厚み方向Ｄ１へ投影した部分にある空間である。能動部４からの圧力は、直接、第一の空間Ｓ１に加えられる。

圧力室基板１０において長手方向能動端４ａから長手方向Ｄ２のノズル８１側には、第一の空間Ｓ１と繋がった第二の空間Ｓ２が形成されている。この第二の空間Ｓ２は、第一の空間Ｓ１よりもノズル８１の近くに位置し、流路基板３０の第一の連通孔３１と隣接している。第二の空間Ｓ２において連通孔３１と対向する対向流路面の少なくとも一部（第二空間傾斜面１３ａ）は、第一の空間Ｓ１から離れるほど連通孔３１に近付くように傾斜している。図２には、前記対向流路面に傾斜していない第二空間非傾斜面１３ｂが形成されていることが示されている。この非傾斜面１３ｂは無くてもよく、前記対向流路面の全てが傾斜面１３ａで構成されてもよい。傾斜面１３ａは、平面のみならず、曲面でもよい。図２に示す傾斜面１３ａの流路基板３０側の縁部１３ａ１は、連通孔３１において第一の空間Ｓ１とは反対側に位置する縁部３１ａよりも第一の空間Ｓ１の近くに位置している。

圧力室基板１０において長手方向能動端４ｂから長手方向Ｄ２の共通液室３７側には、第一の空間Ｓ１と繋がった第三の空間Ｓ３が形成されている。第三の空間Ｓ３は、第一の空間Ｓ１を挟んで第二の空間Ｓ２とは反対側に位置し、第二の空間Ｓ２から離れている。この第三の空間Ｓ３は、第一の空間Ｓ１よりも共通液室３７の近くに位置し、流路基板３０の第二の連通孔３２と隣接している。連通孔３２と第三の空間Ｓ３とが隣接することには、連通孔３２と第三の空間Ｓ３とが接していること、間接部材を介して連通孔３２と第三の空間Ｓ３とが配置されること、のいずれも含まれる。第三の空間Ｓ３において連通孔３２と対向する対向流路面の少なくとも一部（第三空間傾斜面１４ａ）は、第一の空間Ｓ１から離れるほど連通孔３２に近付くように傾斜している。図２には、前記対向流路面に傾斜していない第三空間非傾斜面１４ｂが形成されていることが示されている。この非傾斜面１４ｂは無くてもよく、前記対向流路面の全てが傾斜面１４ａで構成されてもよい。傾斜面１４ａは、平面のみならず、曲面でもよい。図２に示す傾斜面１４ａの流路基板３０側の縁部１４ａ１は、連通孔３２において第一の空間Ｓ１とは反対側に位置する縁部３２ａよりも第一の空間Ｓ１から遠くに位置している。

なお、第一の空間Ｓ１から第一の連通孔３１にかけて第二の空間Ｓ２の分、圧力室１２の長手方向Ｄ２へ液体Ｆ１が移動することになる。このことから、第二空間傾斜面１３ａが無く、第二の空間Ｓ２が略直方体形状であると、第二の空間Ｓ２に液体Ｆ１の滞留が生じ易くなり、第二の空間Ｓ２で液体Ｆ１の流れが妨げられたり気泡が滞留し易くなったりする。また、第二の連通孔３２から第一の空間Ｓ１にかけて第三の空間Ｓ３の分、圧力室１２の長手方向Ｄ２へ液体Ｆ１が移動する。このことから、第三空間傾斜面１４ａが無く、第三の空間Ｓ３が略直方体形状であると、第三の空間Ｓ３に液体Ｆ１の滞留が生じ易くなり、第三の空間Ｓ３で液体Ｆ１の流れが妨げられたり気泡が滞留し易くなったりする。
以上のことから、第二の空間Ｓ２に傾斜面１３ａを設け、第三の空間Ｓ３に傾斜面１４ａを設けると、上述した問題を抑制することができる。

しかし、ステンレス鋼といった金属板のパンチング加工により圧力室基板を形成する場合、傾斜面１３ａ，１４ａを形成するのは容易ではない。圧力室基板１０をシリコン基板から形成するのであれば、異方性エッチングによって傾斜面１３ａ，１４ａを容易に形成することができる。

図２，３等に示す流路基板３０は、各ノズル８１に対応した個別の連通孔３１，３２、圧力室１２に供給するインクといった液体Ｆ１を貯留する共通液室３７、等の液体流路を有している。流路基板３０の圧力室基板側面３０ａには、圧力室基板１０及びケースヘッド７０が接合されている。流路基板３０とケースヘッド７０とは、例えば接着剤で接合される。流路基板３０のノズルプレート側面３０ｂには、ノズルプレート８０が接合されている。流路基板３０とノズルプレート８０とは、例えば接着剤で接合される。
流路基板３０の材料には、シリコン基板、ステンレス鋼といった金属、セラミック、ガラス、合成樹脂、等を用いることができる。一例を挙げると、流路基板３０は、特に限定されないが比較的厚く剛性の高いシリコン単結晶基板等から形成することができる。連通孔３１，３２や共通液室３７等の液体流路は、例えば、ＫＯＨ水溶液等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）等によって形成することができる。

第一の連通孔３１は、圧力室基板１０の第二の空間Ｓ２とノズルプレート８０のノズル８１との間に位置し、第二の空間Ｓ２と隣接して該第二の空間Ｓ２とノズル８１とを連通させている。一方、連通孔３１は、第一の空間Ｓ１と隣接していない。連通孔３１と第一の空間Ｓ１とが隣接していないため、第一の空間Ｓ１の液体Ｆ１は、連通孔３１に直接流入することはなく、第二の空間Ｓ２に流入してから連通孔３１へ移動することになる。図２の線Ａ２の位置において長手方向Ｄ２に対する垂直断面の例を図６（ａ）に示したように、長手方向能動端４ａに対応する位置において圧力室１２の直下にある流路基板３０は中実であり、連通孔３１は能動端４ａから長手方向Ｄ２のノズル８１側に位置している。

第二の連通孔３２は、圧力室基板１０の第三の空間Ｓ３と流路基板３０の共通液室３７との間に位置し、第三の空間Ｓ３と隣接して該第三の空間Ｓ３と共通液室３７とを連通させている。一方、連通孔３２は、第一の空間Ｓ１と隣接していない。連通孔３２と第一の空間Ｓ１とが隣接していないため、連通孔３２の液体Ｆ１は、第一の空間Ｓ１に直接流入することはなく、第三の空間Ｓ３に流入してから第一の空間Ｓ１へ移動することになる。図２の線Ａ３の位置において長手方向Ｄ２に対する垂直断面の例を図６（ｂ）に示したように、長手方向能動端４ｂに対応する位置において圧力室１２の直下にある流路基板３０は中実であり、連通孔３２は能動端４ｂから長手方向Ｄ２の共通液室３７側に位置している。

共通液室３７への液体Ｆ１の流入孔３８は、ケースヘッド７０に形成される共通液室７２と繋がる共通流路であり、共通液室７２，３７を連通させる。共通液室７２，３７は、リザーバーとも呼ばれる。流入孔３８の形状には、図３に例示するスリット状、円形、楕円形、多角形、等が含まれる。流入孔３８の数は、一つでもよいし、二以上でもよい。圧力室の長手方向Ｄ２において流入孔３８から第二の連通孔３２側にはノズルプレート側面３０ｂから凹んだハーフエッチング部３３が形成され、液体Ｆ１を圧力室の長手方向Ｄ２へ流す個別流路３５を形成する流路壁３４がハーフエッチング部３３からノズルプレート８０側へ延出している。流入孔３８から共通液室３７に流入した液体Ｆ１は、個別の供給口３６から流路３５に入り、連通孔３２を経て圧力室基板１０の第三の空間Ｓ３に入る。

図２等に示す保護基板５０は、能動部４に対向する領域に空間形成部５２を有し、圧電素子３が形成された圧力室基板１０上に接合されている。保護基板５０と圧電素子３が設けられた圧力室基板１０とは、例えば接着剤で接合される。空間形成部５２は、能動部４の運動を阻害しない程度の空間を有する。保護基板５０の材料には、シリコン基板、ステンレス鋼といった金属、セラミック、ガラス、合成樹脂、等を用いることができる。一例を挙げると、保護基板５０は、特に限定されないが膜厚が例えば数百μｍ程度と比較的厚く剛性の高いシリコン単結晶基板等から形成することができる。

図１等に示すケースヘッド７０は、保護基板５０に対向する領域に位置する空間形成部７１、接続配線６６を通す隙間７４、等を有し、圧力室１２に供給する液体Ｆ１を貯留する共通液室７２を形成し、流路基板３０に接合されている。空間形成部７１は、保護基板５０が入る空間を有する。共通液室７２は、液体導入部７３から流入した液体Ｆ１を貯留する。流路基板３０の圧力室基板側面３０ａは、圧力室１２の壁の一部を構成するとともに、共通液室７２の壁の一部も構成する。ケースヘッド７０の材料には、ガラス、セラミック、ステンレス鋼といった金属、合成樹脂、シリコン基板、等を用いることができる。

図１に示す駆動回路６５は、接続配線６６を介して圧電素子３を駆動する。駆動回路６５には、回路基板、半導体集積回路（ＩＣ）、等を用いることができる。接続配線６６には、フレキシブル基板等を用いることができる。

図２等に示すノズルプレート８０は、厚み方向Ｄ１へ貫通したノズル８１を複数有し、流路基板３０に接合されている。ノズルプレート８０の材料には、ステンレス鋼といった金属、ガラス、セラミック、合成樹脂、シリコン基板、等を用いることができる。一例を挙げると、ノズルプレート８０は、特に限定されないが厚みが例えば０．０１〜１ｍｍ程度のガラスセラミック等から形成することができる。

本記録ヘッド１は、図示しない外部液体供給手段と接続した液体導入部７３からインクといった液体Ｆ１を取り込み、共通液室７２から流入孔３８、共通液室３７、個別流路３５、第二の連通孔３２、第三の空間Ｓ３、第一の空間Ｓ１、第二の空間Ｓ２、及び、第一の連通孔３１を通ってノズル開口（ノズル８１）に至るまで内部を液体Ｆ１で満たす。駆動回路６５からの記録信号に従い、圧力室１２毎に下電極２１と上電極２２との間に電圧を印加すると、能動部４にある圧電体層２３、下電極２１及び振動板１６の変形により圧力室１２内に圧力が加えられ、ノズル開口（ノズル８１）からインク滴といった液滴が吐出する。

（２）液体吐出ヘッドの作用及び効果：
次に、記録ヘッド１の作用及び効果を説明する。
図９は、比較例に係る記録ヘッド９０１の要部を圧力室１２の幅方向Ｄ３に対する垂直面で断面視している。図１０（ａ），（ｂ）は図９の線Ａ９２，Ａ９３の位置において記録ヘッド９０１の要部を圧力室１２の長手方向Ｄ２に対する垂直面で断面視している。図９，１０に示す構成要素には、図１〜６で示した構成要素に対応する符号を付している。

記録ヘッド９０１において、第一の連通孔３１は、長手方向能動端４ａの直下にあり、能動部４に対応する領域の空間Ｓ９１と隣接し、この空間Ｓ９１とノズル８１とを連通させている。図１０（ａ）に示すように、長手方向能動端４ａに対応する位置において流路基板３０の連通孔３１の壁が隔壁１１を支持することになるので、能動部４が圧力室１２側へ膨らんで圧力室１２に圧力を加えるとき、図１０（ａ）の二点鎖線で示すように隔壁１１が変形し易くなっている。隔壁１１が変形すると、幅方向Ｄ３において隣接する圧力室１２に圧力変動が生じ、隣接するノズルからの液体吐出に影響するクロストークと呼ばれる現象が発生する可能性があり、液滴の着弾位置が制御し難くなって印字品質が低下する可能性がある。

また、記録ヘッド９０１の第二の連通孔３２は、長手方向能動端４ｂの直下にあり、能動部４に対応する領域の空間Ｓ９１と隣接し、この空間Ｓ９１と共通液室３７とを連通させている。図１０（ｂ）に示すように、長手方向能動端４ｂに対応する位置において流路基板３０の連通孔３２の壁が隔壁１１を支持することになるので、能動部４が圧力室１２側へ膨らんで圧力室１２に圧力を加えるとき、図１０（ｂ）の二点鎖線で示すように隔壁１１が変形し易くなっている。このことからも、クロストーク現象が発生する可能性があり、印字品質が低下する可能性がある。

一方、図２で示した記録ヘッド１の第一の連通孔３１は、長手方向能動端４ａから長手方向Ｄ２のノズル８１側に位置している。図６（ａ）で示したように、長手方向能動端４ａに対応する位置において流路基板３０の中実部分が隔壁１１を支持することができるので、能動部４が圧力室１２側へ膨らんで圧力室１２に圧力を加えるとき、隔壁１１が変形し難く、クロストーク現象が発生し難くなっている。このように、本技術は、流路基板３０において第一の空間Ｓ１と隣接する部位の剛性を高めることができ、能動部４からの力を受け易い圧力室隔壁１１等の剛性を高めることができ、圧力室１２の構造的強度、ひいては印字品質を向上させることが可能となる。

また、記録ヘッド１の第二の連通孔３２は、長手方向能動端４ｂから長手方向Ｄ２の共通液室３７側に位置している。図６（ｂ）で示したように、長手方向能動端４ｂに対応する位置において流路基板３０の中実部分が隔壁１１を支持することができるので、能動部４が圧力室１２側へ膨らんで圧力室１２に圧力を加えるとき、隔壁１１が変形し難く、クロストーク現象が発生し難くなっている。このことからも、本技術は、流路基板３０において第一の空間Ｓ１と隣接する部位の剛性を高めることができ、圧力室１２の構造的強度、ひいては印字品質を向上させることが可能となる。

なお、図９に示す記録ヘッド９０１のように、圧力室１２において第一の連通孔３１と繋がった端部９１３が略直方体形状であると、端部９１３に液体の滞留が生じ易くなり、端部９１３で液体の流れが妨げられたり気泡が滞留し易くなったりする。また、図９に示すように、圧力室１２において第二の連通孔３２と繋がった端部９１４が略直方体形状であると、端部９１４に液体の滞留が生じ易くなり、端部９１４で液体の流れが妨げられたり気泡が滞留し易くなったりする。

一方、図２で示した記録ヘッド１は、第二の空間Ｓ２において第一の連通孔３１と対向する流路面に第二空間傾斜面１３ａがあるので、第二の空間Ｓ２に液体の滞留が生じ難く、第二の空間Ｓ２で液体が円滑に流れ、第二の空間Ｓ２に気泡が滞留し難い。また、図２で示したように、第三の空間Ｓ３において第二の連通孔３２と対向する流路面に第三空間傾斜面１４ａがあるので、第三の空間Ｓ３に液体の滞留が生じ難く、第三の空間Ｓ３で液体が円滑に流れ、第三の空間Ｓ３に気泡が滞留し難い。

さらに、第二空間傾斜面１３ａの流路基板３０側の縁部１３ａ１が第一の連通孔３１の内側に位置するので、この点でも、第二の空間Ｓ２に液体、ひいては気泡の滞留が生じ難い。また、第三空間傾斜面１４ａの流路基板３０側の縁部１４ａ１が第二の連通孔３２の外側に位置するので、この点でも、第三の空間Ｓ３に気泡の滞留が生じ難い。

（３）液体吐出装置：
図７は、上述した記録ヘッド１を有するインクジェット式の記録装置（液体吐出装置）２００の外観を示している。記録ヘッド１を記録ヘッドユニット２１１，２１２に組み込むと、記録装置２００を製造することができる。図７に示す記録装置２００は、記録ヘッドユニット２１１，２１２のそれぞれに、記録ヘッド１が設けられ、外部インク供給手段であるインクカートリッジ２２１，２２２が着脱可能に設けられている。記録ヘッドユニット２１１，２１２を搭載したキャリッジ２０３は、装置本体２０４に取り付けられたキャリッジ軸２０５に沿って往復移動可能に設けられている。駆動モーター２０６の駆動力が図示しない複数の歯車及びタイミングベルト２０７を介してキャリッジ２０３に伝達されると、キャリッジ２０３がキャリッジ軸２０５に沿って移動する。図示しない給紙ローラー等により給紙される記録シート２９０は、プラテン２０８上に搬送され、インクカートリッジ２２１，２２２から供給され記録ヘッド１から吐出するインク（液体）により印刷がなされる。

（４）変形例：
本発明は、種々の変形例が考えられる。
例えば、流体吐出ヘッドから吐出される液体は、染料等が溶媒に溶解した溶液、顔料や金属粒子といった固形粒子が分散媒に分散したゾル、等の流体が含まれる。このような流体には、インク、液晶、等が含まれる。液体吐出ヘッドは、プリンターといった画像記録装置の他、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造装置、有機ＥＬディスプレー等の電極の製造装置、バイオチップ製造装置、等に搭載可能である。
圧力室に液体を供給する共通液室は、ケースヘッドのような別部材に無く流路基板のみに設けられてもよいし、流路基板に無くケースヘッドのような別部材のみに設けられてもよい。この別部材には、圧力室基板等も含まれる。
保護基板は、省略されてもよく、ケースヘッドと一体化されてもよい。
ノズルプレートは、流路基板と一体化されてもよい。

第二の空間Ｓ２と第三の空間Ｓ３とは、ともに第一の空間Ｓ１から圧力室の幅方向Ｄ３の外側の同じ側となる位置に設けられる等、第一の空間Ｓ１を挟まない位置に設けられてもよい。
なお、圧力室基板１０に傾斜面１３ａ，１４ａが無くても、本発明の基本的な作用及び効果を奏する。また、圧力室基板１０に第三の空間Ｓ３が無くても、本発明の基本的な作用及び効果を奏する。

圧力室の形状は、平面視略四角状のみならず、平面視において略楕円状や略多角形状等でもよい。略楕円は、真円を含む楕円、卵形、直線部分を有する長円、これらに類似する形、等を含む。

図８は、平面視において略オーバル状（略楕円状）に形成された圧力室１２Ａを形成する変形例の圧力室基板１０の要部を示す平面図である。この圧力室１２Ａを形成する圧力室基板１０の流路基板側面には、連通孔３１，３２等を有する流路基板が接合されている。第一の連通孔３１は、第二の空間Ｓ２と隣接して該第二の空間Ｓ２とノズルとを連通させ、第一の空間Ｓ１と隣接していない。第二の連通孔３２は、第三の空間Ｓ３と隣接して該第三の空間Ｓ３と流路基板の共通液室とを連通させ、第一の空間Ｓ１と隣接していない。共通液室からの液体は、第二の連通孔３２から、第三の空間Ｓ３、第一の空間Ｓ１、第二の空間Ｓ２、及び、第一の連通孔３１を通ってノズルへ流れる。

圧力室の幅方向Ｄ３において、図８に示す圧力室１２Ａの最大幅Ｗ２は、図４で示した平面視略四角形状の圧力室１２の幅Ｗ１と比べて広くされている。圧力室の長手方向Ｄ２において、略オーバル状の圧力室１２Ａの長さＬ２は、略四角形状の圧力室１２の長さＬ１よりも短くされている。これにより、長手方向に圧力室が長大化することが抑制される。
また、略オーバル状の圧力室１２Ａの最大幅Ｗ２が略四角形状の圧力室１２の幅Ｗ１よりも広いことにより、より少ない面積の能動部４で同等の変位を得ることができ、より少ない面積の能動部４で圧力室に同等の圧力を加えることができる。その結果として、圧力室の長大化が抑制される。

さらに、隣接する４個の圧力室１２Ａの間に圧力室１２Ａを配置することにより、圧力室基板１０に対して単位面積当たりの圧力室１２Ａの数を増やす（圧力室１２Ａを高密度化する）ことができる。また、このような配置の圧力室１２Ａを仕切る隔壁１１の厚みＴ２は、図４で示した略四角形状の圧力室１２を仕切る隔壁１１の厚みＴ１よりも厚くすることができる。その結果として、本変形例は、能動部４からの力を受け易い圧力室隔壁１１等の剛性をさらに高めることができ、圧力室１２の構造的強度、ひいては印字品質をさらに向上させることが可能となる。

（５）結び：
以上説明したように、本発明によると、種々の態様により、圧力室の構造的強度を向上させることが可能な液体吐出ヘッドの技術等を提供することができる。むろん、従属請求項に係る構成要件を有しておらず独立請求項に係る構成要件のみからなる技術等でも、上述した基本的な作用、効果が得られる。
また、上述した実施形態及び変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術並びに上述した実施形態及び変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も実施可能である。本発明は、これらの構成等も含まれる。

１…記録ヘッド（液体吐出ヘッド）、２…アクチュエーター、３…圧電素子、４…能動部、４ａ，４ｂ…長手方向能動端、４ｃ，４ｄ…幅方向能動端、１０…圧力室基板、１１…隔壁、１２，１２Ａ…圧力室、１３ａ…第二空間傾斜面、１３ｂ…第二空間非傾斜面、１４ａ…第三空間傾斜面、１４ｂ…第三空間非傾斜面、１６…振動板、２１…下電極（第一電極）、２２…上電極（第二電極）、２３…圧電体層、３０…流路基板、３１…連通孔、３２…第二の連通孔、３３…ハーフエッチング部、３４…流路壁、３５…流路、３６…供給口、３７…共通液室、３８…流入孔、５０…保護基板、６５…駆動回路、６６…接続配線、７０…ケースヘッド、７２…共通液室、８０…ノズルプレート、８１…ノズル、２００…記録装置（液体吐出装置）、Ｄ１…厚み方向、Ｄ２…圧力室の長手方向、Ｄ３…圧力室の幅方向、Ｆ１…液体、Ｓ１…第一の空間、Ｓ２…第二の空間、Ｓ３…第三の空間。

Claims (7)

1. ノズルに連通する連通孔を有する流路基板と、圧力室となる空間を有する圧力室基板と、が少なくとも積層され、電極に挟まれて前記圧力室に圧力を加える能動部を有するアクチュエーターを備えた液体吐出ヘッドであって、
   前記圧力室基板は、前記空間のうち前記能動部に対応する領域に位置する第一の空間と、該第一の空間より前記ノズルに近く位置して前記第一の空間と連通する第二の空間と、を有し、
   前記連通孔は、前記第二の空間と隣接し、前記第一の空間と隣接しておらず、
   前記第二の空間において前記連通孔と対向する流路面の少なくとも一部は、前記第一の空間から離れるほど前記連通孔に近付く傾斜面であり、
   前記傾斜面の前記流路基板側の縁部は、前記連通孔において前記第一の空間とは反対側に位置する縁部よりも前記第一の空間の近くに位置している、ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記流路基板は、前記圧力室に供給する液体を貯留する共通液室に連通する第二の連通孔を有し、
   前記圧力室基板は、前記第一の空間より前記ノズルから遠くに位置して前記第一の空間と連通する第三の空間を有し、
   前記第二の連通孔は、前記第三の空間と隣接し、前記第一の空間と隣接していない、ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. ノズルに連通する連通孔を有する流路基板と、圧力室となる空間を有する圧力室基板と、が少なくとも積層され、電極に挟まれて前記圧力室に圧力を加える能動部を有するアクチュエーターを備えた液体吐出ヘッドであって、
   前記圧力室基板は、前記空間のうち前記能動部に対応する領域に位置する第一の空間と、前記第一の空間より前記ノズルから遠くに位置して前記第一の空間と連通する第三の空間と、を有し、
   前記流路基板は、前記圧力室に供給する液体を貯留する共通液室に連通する第二の連通孔を有し、
   前記第二の連通孔は、前記第三の空間と隣接し、前記第一の空間と隣接しておらず、
   前記第三の空間において前記第二の連通孔と対向する流路面の少なくとも一部は、前記第一の空間から離れるほど前記第二の連通孔に近付く傾斜面であり、
   前記傾斜面の前記流路基板側の縁部は、前記第二の連通孔において前記第一の空間とは反対側に位置する縁部よりも前記第一の空間から遠くに位置している、ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
4. 前記圧力室基板は、前記第一の空間より前記ノズルに近く位置して前記第一の空間と連通する第二の空間を有し、
   前記連通孔は、前記第二の空間と隣接し、前記第一の空間と隣接していない、ことを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記第三の空間は、前記第一の空間を挟んで前記第二の空間とは反対側に位置することを特徴とする請求項２又は請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記圧力室は、平面視において略楕円状に形成されている、ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドを備えた、液体吐出装置。

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