JP2018196930A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル開口の高密度化を実現し、圧力発生室及びノズル連通路を区画する隔壁同士の接着強度が向上した液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。【解決手段】複数の圧力発生室１２が並設された流路形成基板１０と、流路形成基板１０に接合され、液体を吐出するノズル開口２１と圧力発生室１２とに連通した複数のノズル連通路１６を有する連通板１５とを備え、ノズル連通路１６のそれぞれは、圧力発生室１２が並設された第１の方向Ｘの幅であって、流路形成基板１０と連通板１５とが積層された第３の方向Ｚにおいて異なる深さに位置する第１の幅Ｗ１及び第２の幅Ｗ２を有し、第２の幅Ｗ２は、第１の幅Ｗ１よりも圧力発生室１２側に位置し、第１の幅Ｗ１よりも狭い。【選択図】図４

Description

本発明は、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特に液体としてインクを噴射するインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。

液体を噴射する液体噴射ヘッドの代表例であるインクジェット式記録ヘッドとしては、複数の圧力発生室が形成された流路形成基板と、ノズル開口が設けられたノズルプレートと、圧力発生室に圧力を付与する圧電素子などの圧力発生手段とを備え、圧力発生手段により圧力発生室内のインクに圧力変化を生じさせてノズル開口からインク滴を吐出させるものがある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示された流路形成基板は、圧力発生室をノズル開口に連通させるノズル連通路と、圧力発生室とが一体的に形成されている。このような構成の流路形成基板は、製造上の制約などの要因により、ノズル連通路及び圧力発生室の間隔を狭くして高密度化を実現することが難しい。

高密度化を実現するために、圧力発生室とノズル連通路とを別部材に形成する構成がある。具体的には、流路形成基板には圧力発生室を形成し、流路形成基板に接合される連通板には厚さ方向に貫通したノズル連通路を形成する。そして、これらの流路形成基板とノズル連通路とを接着剤で接着することで、圧力発生室とノズル連通路とを連通させる。このような構成では、上述した製造上の制約がなく、複数のノズル連通路同士の間隔、及び複数の圧力発生室同士の間隔を狭くできるので、高密度化を実現することができる。

特開平９−１２３４４８号公報

上述した構成において、連通板における隣り合うノズル連通路を区画する隔壁を第２の隔壁とし、流路形成基板における圧力発生室を区画する隔壁を第１の隔壁とする。第１の隔壁の下面（連通板側の底面）を、第２の隔壁の上面（流路形成板側の上面）に接着させることで、圧力発生室とノズル連通路とが連通し、他の圧力発生室やノズル連通路とは区画される。

しかしながら、高密度化を実現することで、第１の隔壁及び第２の隔壁の幅は狭くなるため、第１の隔壁が第２の隔壁に対してずれて接着される可能性がある。例えば、第１の隔壁の一部がノズル連通路内にはみ出すようにして、第２の隔壁に接着されてしまう。このように不完全に第１の隔壁と第２の隔壁とが接着されると、接着強度が低下するため、隣り合う圧力発生室及びノズル連通路の間でインクが流通してしまう虞がある。また、第１の隔壁の下面に転写した接着剤がノズル連通路内に露出することになるため、その接着剤が脱離し、ノズル開口が目詰まりする原因となりうる。

なお、このような事情はインクジェット式記録ヘッドに限定されず、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。

本発明はこのような事情に鑑み、ノズル開口の高密度化を実現し、圧力発生室及びノズル連通路を区画する隔壁同士の接着強度が向上した液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、複数の圧力発生室が並設された流路形成基板と、前記流路形成基板に接合され、液体を吐出するノズル開口と前記圧力発生室とに連通した複数のノズル連通路を有する連通板とを備え、前記ノズル連通路のそれぞれは、前記圧力発生室が並設された並設方向の幅であって、前記流路形成基板と前記連通板とが積層された積層方向において異なる深さに位置する第１の幅及び第２の幅を有し、前記第２の幅は、前記第１の幅よりも前記圧力発生室側に位置し、前記第１の幅よりも狭いことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。

かかる態様では、圧力発生室を有する流路形成基板と、ノズル連通路を有する連通板とを個別に形成することで高密度化を実現するとともに、圧力発生室を区画する隔壁とノズル連通路を区画する隔壁との接着強度を向上させることができる。そして、隣り合うノズル連通路間の液体の漏れや、ノズル開口の目詰まりの発生を抑制して、信頼性が向上した液体噴射ヘッドが提供される。

また、前記第２の幅は、前記ノズル連通路のうち前記圧力発生室側の開口の幅であることが好ましい。これによれば、より確実に圧力発生室を区画する隔壁とノズル連通路を区画する隔壁との接着強度を向上させることができる。

また、前記連通板の前記流路形成基板とは反対側に接合され、前記ノズル開口を有するノズルプレートを備え、前記第１の幅は、前記ノズル連通路のうち前記ノズル開口側の開口の幅であることが好ましい。これによれば、ノズル連通路において液体がノズル開口の近傍で増粘し、目詰まりすることを抑制することができる。

また、前記流路形成基板は、前記圧力発生室を区画する第１の隔壁を有し、前記連通板は、前記ノズル連通路を区画する第２の隔壁を有し、前記並設方向において、前記第２の隔壁の幅は、前記第１の隔壁の幅よりも広いことが好ましい。これによれば、圧力発生室を区画する隔壁とノズル連通路を区画する隔壁との接着強度を向上させることができる。

また、前記ノズル連通路は、前記ノズル開口側から前記圧力発生室側に向かい幅が狭くなるテーパー状に形成されていることが好ましい。これによれば、液体中の気泡がノズル連通路に滞留することを抑制し、気泡による液体の噴射不良を抑制することができる。

また、前記ノズル連通路は、前記ノズル開口側から前記圧力発生室側に向かい幅が狭くなる段差を一つ以上有することが好ましい。これによれば、連通板は、目標とする第１の幅及び第２の幅を有するノズル連通路を形成しやすいものとなり、より柔軟に高密度化を実現することができる。

本発明の他の態様は、複数の圧力発生室が並設された流路形成基板と、前記流路形成基板に接合され、液体を吐出するノズル開口と前記圧力発生室とに連通した複数のノズル連通路を有する連通板とを備え、前記連通板は、前記ノズル連通路を区画する隔壁を有し、前記隔壁は、前記圧力発生室が並設された並設方向の幅であって、前記流路形成基板と前記連通板とが積層された積層方向において異なる深さに位置する第３の幅及び第４の幅を有し、前記第４の幅は、前記第３の幅よりも前記圧力発生室側に位置し、前記第３の幅よりも広いことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。

かかる態様では、圧力発生室を有する流路形成基板と、ノズル連通路を有する連通板とを個別に形成することで高密度化を実現するとともに、圧力発生室を区画する隔壁とノズル連通路を区画する隔壁との接着強度を向上させることができる。そして、隣り合うノズル連通路間の液体の漏れや、ノズル開口の目詰まりの発生を抑制して、信頼性が向上した液体噴射ヘッドが提供される。

本発明の他の態様は、上記態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。

かかる態様では、圧力発生室を有する流路形成基板と、ノズル連通路を有する連通板とを個別に形成することで高密度化を実現するとともに、圧力発生室を区画する隔壁とノズル連通路を区画する隔壁との接着強度を向上させることができる。そして、隣り合うノズル連通路間の液体の漏れや、ノズル開口の目詰まりの発生を抑制して、信頼性が向上した液体噴射装置が提供される。

実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの流路形成基板の平面図である。 図２のＡ−Ａ′線断面図である。 図２のＢ−Ｂ′線断面図である。 実施形態２に係る記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。 実施形態３に係る記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。 連通板の製造方法を示す断面図である。 連通板の製造方法を示す断面図である。 連通板の製造方法を示す断面図である。 連通板の製造方法を示す断面図である。 インクジェット式記録装置を示す概略図である。

〈実施形態１〉
本発明の一実施形態について詳細に説明する。本実施形態では、液体噴射ヘッドの一例としてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドともいう）について説明する。

図１は本実施形態に係る記録ヘッドの分解斜視図であり、図２は記録ヘッドの流路形成基板の平面図であり、図３は図２のＡ−Ａ′線断面図であり、図４は図２のＢ−Ｂ′線断面図である。

記録ヘッド１を構成する流路形成基板１０には、複数の圧力発生室１２が並設されている。具体的には、流路形成基板１０を一方面側から異方性エッチングすることにより、複数の第１の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が並設されている。圧力発生室１２が並設される方向は、インクを吐出する複数のノズル開口２１が並設される方向に沿っている。以降、この方向を圧力発生室１２の並設方向、又は第１の方向Ｘと称する。また、流路形成基板１０には、圧力発生室１２が第１の方向Ｘに並設された列が複数列、本実施形態では、２列設けられている。この圧力発生室１２の列が複数列設された列設方向を、以降、第２の方向Ｙと称する。さらに、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙの両方に直交する方向を第３の方向Ｚと称する。第３の方向Ｚにおいて、流路形成基板１０側をＺ１側、ノズルプレート２０側をＺ２側と称する。なお、第１の方向Ｘ、第２の方向Ｙ及び第３の方向Ｚは、互いにそれぞれ直交する方向としたが、特にこれに限定されず、直交以外の角度で交差する方向であってもよい。

流路形成基板１０のＺ２側の面側には、連通板１５と、ノズルプレート２０とが順次積層されている。

連通板１５は、流路形成基板１０に接合され、ノズル連通路１６を有する。ノズル連通路１６は、連通板１５を第３の方向に貫通し、圧力発生室１２とノズル開口２１とに連通したインクの流路である。ノズル連通路１６は、第２の隔壁１５０により区画され、第１の方向Ｘに沿って複数並設されている。ノズル連通路１６の詳細については後述する。

連通板１５は、流路形成基板１０よりも大きな面積を有し、ノズルプレート２０は流路形成基板１０よりも小さい面積を有する。このように連通板１５を設けることによってノズルプレート２０のノズル開口２１と圧力発生室１２とを離せるため、圧力発生室１２の中にあるインクは、ノズル開口２１付近のインクで生じるインク中の水分の蒸発による増粘の影響を受け難くなる。また、ノズルプレート２０はノズル連通路１６の開口を覆うだけでよいので、ノズルプレート２０の面積を比較的小さくすることができ、コストの削減を図ることができる。なお、本実施形態では、ノズルプレート２０のノズル開口２１が開口されて、インク滴が吐出される面を液体噴射面２０ａと称する。

連通板１５には、マニホールド１００の一部を構成する第１マニホールド部１７と、第２マニホールド部１８とが設けられている。第１マニホールド部１７は、連通板１５を第３の方向Ｚに貫通して設けられている。また、第２マニホールド部１８は、連通板１５を第３の方向Ｚに貫通することなく、連通板１５のノズルプレート２０側に開口して設けられた凹部となっている。

また、連通板１５には、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの一端部に連通する供給路１９が、圧力発生室１２の各々に対応して独立して設けられている。すなわち、供給路１９は、第１の方向Ｘに並設されている。各供給路１９は、第２マニホールド部１８と圧力発生室１２とを連通する。

連通板１５のＺ２側に接合されたノズルプレート２０には、各圧力発生室１２とノズル連通路１６を介して連通するノズル開口２１が形成されている。すなわち、ノズル開口２１は、同じ種類の液体（インク）を噴射するものが第１の方向Ｘに並設され、この第１の方向Ｘに並設されたノズル開口２１の列が第２の方向Ｙに２列形成されている。

流路形成基板１０のＺ１側の面側には、振動板５０が形成されている。本実施形態では、振動板５０として、流路形成基板１０側に設けられた酸化シリコンからなる弾性膜５１と、弾性膜５１上に設けられた酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５２と、を設けるようにした。なお、圧力発生室１２等の液体流路は、流路形成基板１０を一方面側（ノズルプレート２０が接合された面側）から異方性エッチングすることにより形成されており、圧力発生室１２の他方面は、弾性膜５１によって画成されている。

流路形成基板１０の振動板５０上には、圧電アクチュエーター３００が設けられている。圧電アクチュエーター３００は、第１電極６０と圧電体層７０と第２電極８０とが成膜及びリソグラフィー法によって積層されて構成されている。本実施形態では、圧電アクチュエーター３００が圧力発生室１２内のインクに圧力変化を生じさせる圧力発生手段となっている。圧電アクチュエーター３００は、圧電素子ともいい、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を含む部分をいう。また、第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加した際に、圧電体層７０に圧電歪みが生じる部分を能動部３１０と称する。本実施形態では、圧力発生室１２毎に能動部３１０が形成されている。つまり、流路形成基板１０上には複数の能動部３１０が形成されていることになる。一般的には、能動部３１０の何れか一方の電極を複数の能動部３１０に共通する共通電極とし、他方の電極を能動部３１０毎に独立する個別電極として構成する。本実施形態では、第１電極６０を個別電極とし、第２電極８０を共通電極としているが、これを逆にしてもよい。なお、上述した例では、振動板５０及び第１電極６０が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、振動板５０を設けずに、第１電極６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。また、圧電アクチュエーター３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。

圧電アクチュエーター３００を構成する第１電極６０は、圧力発生室１２毎に切り分けてあり、圧電アクチュエーター３００の実質的な駆動部である能動部３１０毎に独立する個別電極を構成する。この第１電極６０は、圧力発生室１２の第１の方向Ｘにおいては、圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で形成されている。すなわち、圧力発生室１２の第１の方向Ｘにおいて、第１電極６０の端部は、圧力発生室１２に対向する領域の内側に位置している（図４参照）。また、第２の方向Ｙにおいて、第１電極６０の両端部は、それぞれ圧力発生室１２の外側まで延設されている（図３参照）。

圧電体層７０は、第２の方向Ｙが所定の幅となるように、第１の方向Ｘに亘って連続して設けられている。圧電体層７０の第２の方向Ｙの幅は、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの長さよりも広い。このため、圧力発生室１２の第２の方向Ｙでは、圧電体層７０は圧力発生室１２の外側まで設けられている。

圧力発生室１２の第２の方向Ｙにおいて、圧電体層７０の供給路１９側の端部は、第１電極６０の端部よりも外側に位置している。すなわち、第１電極６０の端部は圧電体層７０によって覆われている。また、圧電体層７０のノズル開口２１側の端部は、第１電極６０の端部よりも内側（圧力発生室１２側）に位置しており、第１電極６０のノズル開口２１側の端部は、圧電体層７０に覆われていない。

圧電体層７０は、第１電極６０上に形成される分極構造を有する酸化物の圧電材料からなり、例えば、一般式ＡＢＯ_３で示されるペロブスカイト型酸化物からなることができ、鉛を含む鉛系圧電材料や鉛を含まない非鉛系圧電材料などを用いることができる。

このような圧電体層７０には、各第１の隔壁１１に対応する凹部７１が形成されている。この凹部７１の第１の方向Ｘの幅は、各第１の隔壁１１の第１の方向の幅と略同一、もしくはそれよりも広くなっている。これにより、振動板５０の圧力発生室１２の第２の方向Ｙの端部に対向する部分（いわゆる振動板５０の腕部）の剛性が抑えられるため、圧電アクチュエーター３００を良好に変位させることができる。

第２電極８０は、圧電体層７０の第１電極６０とは反対面側に設けられており、複数の能動部３１０に共通する共通電極を構成する。また、第２電極８０は、凹部７１の内面、すなわち、圧電体層７０の凹部７１の側面内に設けるようにしてもよく、設けないようにしてもよい。

圧電アクチュエーター３００の第１電極６０からは、個別配線９１が引き出されている。また、第２電極８０からは、共通配線９２が引き出されている。さらに、個別配線９１及び共通配線９２の圧電アクチュエーター３００に接続された端部とは反対側の端部には、フレキシブルケーブル１２０が接続されている。フレキシブルケーブル１２０は、可撓性を有する配線基板であり、駆動回路１２１が実装されている。

流路形成基板１０のＺ１側の面側には、流路形成基板１０と略同じ大きさを有する保護基板３０が接合されている。保護基板３０は、圧電アクチュエーター３００を保護するための空間である保持部３１を有する。保持部３１は、第１の方向Ｘに並設された圧電アクチュエーター３００の列ごとに、第２の方向Ｙに２つ並んで形成されている。また、保護基板３０には、２つの保持部３１の間に第３の方向Ｚに貫通する貫通孔３２が設けられている。圧電アクチュエーター３００の電極から引き出された個別配線９１及び共通配線９２の端部は、この貫通孔３２内に露出するように延設され、個別配線９１及び共通配線９２とフレキシブルケーブル１２０とは、貫通孔３２内で電気的に接続されている。なお、個別配線９１及び共通配線９２と、フレキシブルケーブル１２０との接続方法は、特に限定されず、例えば、ハンダ付けやろう付けなどのろう接や、共晶接合、溶接、導電性粒子を含む導電性接着剤（ＡＣＰ、ＡＣＦ）、非導電性接着剤（ＮＣＰ、ＮＣＦ）等が挙げられる。

また、保護基板３０上には、ケース部材４０が固定されている。ケース部材４０は、複数の圧力発生室１２に連通するマニホールド１００を流路形成基板１０と共に形成する部材である。ケース部材４０は、平面視において上述した連通板１５と略同一形状を有し、保護基板３０に接合されると共に、上述した連通板１５にも接合されている。具体的には、ケース部材４０は、保護基板３０側に流路形成基板１０及び保護基板３０が収容される深さの凹部４１を有する。この凹部４１は、保護基板３０の流路形成基板１０に接合された面よりも広い開口面積を有する。そして、凹部４１に流路形成基板１０等が収容された状態で凹部４１のノズルプレート２０側の開口面が連通板１５によって封止されている。

流路形成基板１０の外周部には、ケース部材４０と流路形成基板１０とによって第３マニホールド部４２が形成されている。連通板１５に設けられた第１マニホールド部１７及び第２マニホールド部１８と、ケース部材４０と流路形成基板１０とによって形成された第３マニホールド部４２と、によってマニホールド１００が構成されている。マニホールド１００は、第１の方向Ｘに亘って連続して設けられており、各圧力発生室１２とマニホールド１００とを連通する供給路１９は、第１の方向Ｘに並設されている。

連通板１５の第１マニホールド部１７及び第２マニホールド部１８が開口するＺ２側の面には、コンプライアンス基板４５が設けられている。このコンプライアンス基板４５が、第１マニホールド部１７と第２マニホールド部１８の液体噴射面２０ａ側の開口を封止している。このようなコンプライアンス基板４５は、本実施形態では、可撓性を有する薄膜からなる封止膜４６と、金属等の硬質の材料からなる固定基板４７と、を具備する。固定基板４７のマニホールド１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４８となっているため、マニホールド１００の一方面は可撓性を有する封止膜４６のみで封止された可撓部であるコンプライアンス部４９となっている。

なお、ケース部材４０には、マニホールド１００に連通して各マニホールド１００にインクを供給するための導入路４４が設けられている。また、ケース部材４０には、保護基板３０の貫通孔３２に連通してフレキシブルケーブル１２０が挿通される接続口４３が設けられている。

このような記録ヘッド１では、インクを噴射する際に、インクを導入路４４から取り込み、マニホールド１００からノズル開口２１に至るまで流路内部をインクで満たす。その後、駆動回路１２１からの信号に従い、圧力発生室１２に対応する各能動部３１０に電圧を印加することにより、能動部３１０と共に振動板５０をたわみ変形させる。これにより、圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が噴射される。

ここで、図４を用いて、ノズル連通路１６の構成について詳細に説明する。流路形成基板１０と連通板１５とは不図示の接着剤により接着され、また、連通板１５とノズルプレート２０とは不図示の接着剤により接着されている。これらの流路形成基板１０、連通板１５及びノズルプレート２０が第３の方向Ｚに積層されることで、ノズル連通路１６は圧力発生室１２とノズル開口２１とに連通している。このようなノズル連通路１６は、第１の方向Ｘに沿って複数並設されており、本実施形態では全て同一形状となっている。もちろん、複数のノズル連通路１６は同一形状である必要はない。

ノズル連通路１６は、流路形成基板１０と連通板１５とが積層された積層方向（第３の方向Ｚ）において、異なる深さに位置する第１の幅Ｗ１と第２の幅Ｗ２とを有する。第１の幅Ｗ１及び第２の幅Ｗ２とは、圧力発生室１２が並設された並設方向（第１の方向Ｘ）の幅である。第２の幅Ｗ２は、第１の幅Ｗ１よりも圧力発生室１２側に位置している。

本実施形態の第１の幅Ｗ１は、ノズル連通路１６のうち、ノズル開口２１側の開口１６ａの幅である。また、本実施形態の第２の幅Ｗ２は、ノズル連通路１６のうち、圧力発生室１２側の開口１６ｂの幅である。

ノズル連通路１６は、第２の幅Ｗ２が第１の幅Ｗ１よりも狭い形状に形成されている。換言すれば、ノズル連通路１６は、第２の幅Ｗ２が第１の幅Ｗ１よりも狭い形状であればよく、具体的な形状に限定はない。

本実施形態では、ノズル連通路１６は、ノズル開口２１側から圧力発生室１２側に向かい、第１の方向Ｘの幅が狭くなるようにテーパー状に形成されている。このノズル連通路１６においては、第１の幅Ｗ１はノズル開口２１側の開口の幅であり、第２の幅Ｗ２は圧力発生室１２側の開口の幅であり、第２の幅Ｗ２は第１の幅Ｗ１より狭い。また、第１の幅Ｗ１はノズル開口２１の開口幅よりも広く、第２の幅Ｗ２は圧力発生室１２の幅よりも狭くなっている。

また、連通板１５の第２の隔壁１５０は、流路形成基板１０と連通板１５とが積層された積層方向（第３の方向Ｚ）において、異なる深さに位置する第３の幅Ｗ３と第４の幅Ｗ４とを有する。第３の幅Ｗ３及び第４の幅Ｗ４とは、圧力発生室１２が並設された並設方向（第１の方向Ｘ）の幅である。第４の幅Ｗ４は、第３の幅Ｗ３よりも圧力発生室１２側に位置している。

第２の隔壁１５０は、第４の幅Ｗ４が第３の幅Ｗ３よりも広い形状に形成されている。換言すれば、第２の隔壁１５０は、第４の幅Ｗ４が第３の幅Ｗ３よりも広い形状であればよく、具体的な形状に限定はない。

本実施形態では、第２の隔壁１５０は、ノズル開口２１側から圧力発生室１２側に向かい、第１の方向Ｘの幅が広くなるようにテーパー状に形成されている。この第２の隔壁１５０においては、第３の幅Ｗ３はノズル開口２１側の開口の幅であり、第４の幅Ｗ４は圧力発生室１２側の開口の幅であり、第４の幅Ｗ４は第３の幅Ｗ３より広い。

また、連通板１５における第２の隔壁１５０の第４の幅Ｗ４は、流路形成基板１０における第１の隔壁１１の幅よりも広くなっている。これらの第１の隔壁１１と第２の隔壁１５０とは、接着剤により接着されている。具体的には次のようにして接着されている。まず、第１の隔壁１１の下面に接着剤を転写する。そして、圧力発生室１２にノズル連通路１６が連通するように位置合わせして、流路形成基板１０と連通板１５とを接着剤を介して接着する。したがって、第１の隔壁１１の下面に転写された接着剤は、第１の隔壁１１と第２の隔壁１５０との間にのみ設けられ、圧力発生室１２内に露出していない。

以上に説明した構成の記録ヘッド１は、ノズル連通路１６の第１の方向Ｘにおける第２の幅Ｗ２が第１の幅Ｗ１よりも狭く形成されている。また、換言すれば、連通板１５の第２の隔壁１５０において、第４の幅Ｗ４は第３の幅Ｗ３よりも広くなっている。このようにノズル連通路１６の圧力発生室１２側における開口１６ｂの第２の幅Ｗ２を狭くした分、あるいは、第２の隔壁１５０の第４の幅Ｗ４を第３の幅Ｗ３よりも広くした分、連通板１５において、第１の隔壁１１が接着される部分である第２の隔壁１５０の上面（流路形成基板１０側の面）の面積をより広く確保することができる。

第２の隔壁１５０の上面の面積を広く確保することにより、第１の隔壁１１の全体が連通板１５（第２の隔壁１５０）により確実に接着される。すなわち、第１の隔壁１１と第２の隔壁１５０との接着強度を向上することができる。

このように第１の隔壁１１と第２の隔壁１５０との接着強度が向上するため、隣り合うノズル連通路１６同士の間でインクが流通してしまうことが抑制される。また、第１の隔壁１１と第２の隔壁１５０とを接着する接着剤は、それらの間のみに設けられており、圧力発生室１２又はノズル連通路１６内に露出していない。このため、その接着剤が脱離してノズル連通路１６を通りノズル開口２１が目詰まりするリスクを低減することができる。

また、圧力発生室１２及びノズル連通路１６は、流路形成基板１０及び連通板１５の別部材にそれぞれ形成されている。これにより、流路形成基板１０に圧力発生室１２を形成する際には、ノズル連通路１６の製造上の制約を受けず、連通板１５にノズル連通路１６を形成する際には、圧力発生室１２の製造上の制約を受けない。これにより、複数のノズル連通路１６同士の間隔、及び圧力発生室１２同士の間隔を可及的に狭くして高密度化を実現することができる。

上述したように、本実施形態の記録ヘッド１は、圧力発生室１２を有する流路形成基板１０と、ノズル連通路１６を有する連通板１５とを個別に形成することで高密度化を実現するとともに、第１の隔壁１１と第２の隔壁１５０との接着強度を向上させることができる。そして、記録ヘッド１は、隣り合うノズル連通路１６間のインクの漏れや、ノズル開口２１の目詰まりの発生を抑制して、信頼性が向上したものとなる。

本実施形態の記録ヘッド１では、第２の幅Ｗ２は、ノズル連通路１６のうち圧力発生室１２側の開口１６ｂの幅とした。すなわち、ノズル連通路１６の第１の方向Ｘの幅が最も狭い箇所は開口１６ｂの第２の幅Ｗ２となる。これにより、第１の隔壁１１とノズル連通路１６との間隔を最も広く確保することができ、より確実に第１の隔壁１１と第２の隔壁１５０との接着強度を向上することができる。

本実施形態の記録ヘッド１では、第１の幅Ｗ１は、ノズル連通路１６のうちノズル開口２１側の開口１６ａの幅とした。すなわち、ノズル連通路１６の第１の方向Ｘの幅が最も広い箇所は開口１６ａの第１の幅Ｗ１となる。これにより、ノズル連通路１６は、ノズル開口２１側の幅が広く、大きな容積となるため、インクがノズル開口２１の近傍で増粘し、目詰まりすることを抑制することができる。

本実施形態の記録ヘッド１では、第１の方向Ｘにおいて、連通板１５の第２の隔壁１５０の幅（第４の幅Ｗ４）は、流路形成基板１０の第１の隔壁１１の幅よりも広い。これにより、第２の隔壁１５０の上面に第１の隔壁１１をより確実に接着し、接着強度を向上することができる。

本実施形態の記録ヘッド１では、ノズル連通路１６は、ノズル開口２１側から圧力発生室１２側に向かい幅が狭くなるテーパー状に形成されている。このようにノズル連通路１６の内面がテーパー状に形成されているので、インク中の気泡がノズル連通路１６に滞留することを抑制し、気泡によるインクの噴射不良を抑制することができる。

なお、テーパー状に形成されたノズル連通路１６としては、平坦な内面で形成されたノズル連通路１６のみならず、実質的に平坦と見なせる内面で形成されたノズル連通路１６を含む。例えば、シリコン単結晶基板をエッチングしてノズル連通路１６を形成した場合では、ノズル連通路１６の内面にはエッチングにより結晶面が現れ、厳密には平坦ではない。しかし、ノズル連通路１６全体としては、ノズル開口２１から圧力発生室１２へ向けて第１の方向Ｘの幅が徐々に狭くなるテーパー状と見なせる。

〈実施形態２〉
実施形態１のノズル連通路１６は、テーパー状に形成されていたが、これに限定されない。図５は本実施形態に係る記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。図５の断面は図２のＢ−Ｂ′線断面と同様の断面である。なお、実施形態１と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

同図に示すように、本実施形態のノズル連通路１６Ａは、ノズル開口２１側から圧力発生室１２側に向かい、第１の方向Ｘの幅が狭くなる段差を一つ有する。具体的には、ノズル連通路１６Ａは、ノズル開口２１側の第１連通部１６１Ａと、圧力発生室１２側の第２連通部１６２Ａとを備えている。第１連通部１６１Ａと第２連通部１６２Ａとは互いに連通して一本のノズル連通路１６Ａを形成している。

第１連通部１６１Ａの第１の方向Ｘの幅である第１の幅Ｗ１は一定であり、第２連通部１６２Ａの第１の方向Ｘの幅である第２の幅Ｗ２も一定である。そして、第２の幅Ｗ２は第１の幅Ｗ１よりも狭く形成されている。このように第１の方向Ｘの幅が異なる第１連通部１６１Ａと第２連通部１６２Ａとが連通することで一つの段差１６５が形成されている。

このような構成のノズル連通路１６Ａを備える記録ヘッドにおいても、第２の幅Ｗ２が第１の幅Ｗ１よりも圧力発生室１２側に位置し、第１の幅Ｗ１よりも狭いので、実施形態１のノズル連通路１６を有する記録ヘッド１と同様の作用効果を奏する。なお、本実施形態では、ノズル連通路１６Ａは、段差１６５を一つ有していたが、二つ以上であってもよい。すなわち、ノズル連通路１６Ａは、第１の方向Ｘの幅がノズル開口２１から圧力発生室１２に向けて複数段に亘って狭まるような形状であってもよい。

〈実施形態３〉
実施形態２のノズル連通路１６Ａは、一定幅の第１連通部１６１Ａ及び第２連通部１６２Ａが連通した構成であったが、これに限定されない。図６は本実施形態に係る記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。図６の断面は図２のＢ−Ｂ′線断面と同様の断面である。なお、実施形態２と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

同図に示すように、本実施形態のノズル連通路１６Ａは、ノズル開口２１側から圧力発生室１２側に向かい、第１の方向Ｘの幅が狭くなる段差を一つ有する。具体的には、ノズル連通路１６Ｂは、ノズル開口２１側の第１連通部１６１Ｂと、圧力発生室１２側の第２連通部１６２Ｂとを備えている。第１連通部１６１Ｂと第２連通部１６２Ｂとは互いに連通して一本のノズル連通路１６Ｂを形成している。

第１連通部１６１Ｂは、ノズル開口２１側から第２連通部１６２Ｂ側へ向けて、第１の方向Ｘの幅が狭くなるテーパー状に形成されている。同様に、第２連通部１６２Ｂは、第１連通部１６１Ｂ側から圧力発生室１２側へ向けて、第１の方向Ｘの幅が狭くなるテーパー状に形成されている。そして、第１連通部１６１Ｂと第２連通部１６２Ｂとの境界には段差１６５が形成されている。また、本実施形態の第１の幅Ｗ１は、第１連通部１６１Ｂのうち、ノズル開口２１側の開口１６ａの幅である。また、本実施形態の第２の幅Ｗ２は、第２連通部１６２Ｂのうち、圧力発生室１２側の開口１６ｂの幅である。

このような構成のノズル連通路１６Ｂを備える記録ヘッドにおいても、第２の幅Ｗ２が第１の幅Ｗ１よりも圧力発生室１２側に位置し、第１の幅Ｗ１よりも狭いので、実施形態１のノズル連通路１６を有する記録ヘッド１と同様の作用効果を奏する。

また、第１連通部１６１Ｂや第２連通部１６２Ｂの内面はテーパー状であるが、その傾斜は、第１連通部１６１Ｂ及び第２連通部１６２Ｂの深さや材料によって特定の角度になる。このため、実施形態１のノズル連通路１６のように段差１６５が設けられていない場合では、第２の幅Ｗ２は、連通板１５の厚さや第１の幅Ｗ１に依存して定める必要がある。一方、本実施形態では、第１の方向Ｘにおける段差１６５の幅を調整することで、第１の幅Ｗ１や第２の幅Ｗ２を任意に形成することができる。このため、本実施形態の連通板１５は、目標とする第１の幅Ｗ１及び第２の幅Ｗ２を有するノズル連通路１６Ｂを形成しやすいものとなり、より柔軟に高密度化を実現することができる。

また、第１連通部１６１Ｂと第２連通部１６２Ｂはテーパー状に形成されているので、実施形態１のノズル連通路１６と同様に、インク中の気泡が溜まりにくいという作用効果を奏する。なお、本実施形態では、ノズル連通路１６Ｂは、段差１６５を一つ有していたが、二つ以上であってもよい。さらに、本実施形態のノズル連通路１６Ｂでは、テーパー状の第１連通部１６１Ｂ及び第２連通部１６２Ｂが連通していたが、例えば、一定幅の第１連通部と、テーパー状の第２連通部とが連通するなど、一定幅の連通部とテーパー状の連通部とを連通させて一本のノズル連通路としてもよい。いずれにしても、ノズル連通路は、第２の幅が第１の幅よりも狭く形成されていれば、実施形態１で説明した記録ヘッド１と同様の作用効果を奏する。

〈製造方法〉
図７及び図８を用いて、実施形態１に説明した連通板１５の製造方法について説明する。図７及び図８は連通板の製造方法を示す断面図である。なお、これらの図では、図４の連通板の上面と下面とが入れ替わって示されている。

図７に示すように、連通板１５となるシリコン単結晶基板である基材２００に対し、ノズル連通路１６となる部分に貫通孔２０１を形成する。貫通孔２０１は、レーザー加工、ドライエッチング、サンドブラスト加工等によって形成することができる。

次に、基材２００の両面に第１マスク２１０、第２マスク２２０を形成する。そして、第１マスク２１０には第１開口部２１１を形成し、第２マスク２２０には第２開口部２２１を形成する。第１開口部２１１は、第２開口部２２１よりも広く形成しておく。

次に、ノズル連通路１６を形成する。本実施形態では、図８に示すように、基材２００をＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチングを行う。異方性エッチングにより、第１開口部２１１及び第２開口部２２１の開口幅が広がるように第１マスク２１０及び第２マスク２２０がエッチングされる。そして、第１マスク２１０及び第２マスク２２０のエッチングとともに、貫通孔２０１は、第１マスク２１０側が第２マスク２２０側よりも、より広く第１の方向Ｘの幅が広がるようにエッチングされる。

このような異方性エッチングにより、貫通孔２０１は、第２マスク２２０側の開口１６ｂが第１マスク２１０側の開口１６ａよりも狭く開口したテーパー状のノズル連通路１６となる。なお、連通板１５となる基材２００は、表面の結晶面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板からなるが、このような結晶面方位に限定されない。

次に、特に図示しないが、第１マスク２１０及び第２マスク２２０を除去することで、複数のノズル連通路１６を備える連通板１５を形成することができる。なお、供給路１９、第１マニホールド部１７及び第２マニホールド部１８（図３参照）は、ノズル連通路１６を形成する工程で同時に形成するようにしてもよく、他の工程で形成するようにしてもよい。

次に、図９及び図１０を用いて、実施形態３に説明した連通板１５の製造方法について説明する。図９及び図１０は連通板の製造方法を示す断面図である。なお、これらの図では、図６の連通板の上面と下面とが入れ替わって示されている。

図９に示すように、基材２００にテーパー状のノズル連通路１６を形成する。このノズル連通路１６は、図７及び図８を用いて説明した製造方法と同様にして形成することができる。次に、ＨＦ等によるエッチングを行い、第１マスクおよび第２マスクの厚みの一部を除去する際に、第１マスク２１０の第１開口部２１１の開口縁部の一部を除去できる。この第１開口部２１１の開口縁部を除去する程度を調整することで、図６に示した、第１の方向Ｘにおける段差１６５の幅を調整することができる。

次に図１０に示すように、基材２００をＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチングを行う。異方性エッチングにより、第１開口部２１１及び第２開口部２２１の開口幅が広がるように第１マスク２１０及び第２マスク２２０がエッチングされる。また、ノズル連通路１６もエッチングされ、テーパー状の第１連通部１６１Ｂ及び第２連通部１６２Ｂとが連通し、かつそれらの境界に段差１６５を含むノズル連通路１６Ｂが形成される。

さらに、特に図示しないが、実施形態２に説明した連通板１５は次のようにして製造することができる。すなわち、基材の表面にマスクを設け、当該マスクに開口部を設け、ドラエッチングによって基材を貫通しない程度の凹部を形成する、いわゆるハーフエッチングを行う。ドライエッチングにより形成された凹部の第１の方向Ｘにおける幅を第２の幅Ｗ２としておく（図５参照）。そして、当該マスクの開口部の一部を除去して開口径を広げる。この開口部の第１の方向Ｘにおける幅を第１の幅Ｗ１としておく（図５参照）。そして、当該凹部が貫通するまでドライエッチングを行う。これにより、図５に示したように、第１連通部１６１Ａ及び第２連通部１６２Ａを備えるノズル連通路１６Ａを形成することができる。

〈他の実施形態〉
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。

また、上述した各実施形態では、圧力発生室１２に圧力変化を生じさせる圧力発生手段として、薄膜型の圧電アクチュエーター３００を用いて説明したが、特にこれに限定されず、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型の圧電アクチュエーターや、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電アクチュエーターなどを使用することができる。また、圧力発生手段として、圧力発生室内に発熱素子を配置して、発熱素子の発熱で発生するバブルによってノズル開口から液滴を吐出するものや、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズル開口から液滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエーターなどを使用することができる。

このような記録ヘッド１は、インクジェット式記録装置Ｉに搭載される。図１１は、本実施形態のインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。

図１１に示すインクジェット式記録装置Ｉにおいて、記録ヘッド１は、液体供給手段を構成するカートリッジ２が着脱可能に設けられ、この記録ヘッド１を搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。

そして、駆動モーター６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッド１を搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４には搬送手段としての搬送ローラー８が設けられており、紙等の記録媒体である記録シートＳが搬送ローラー８により搬送されるようになっている。なお、記録シートＳを搬送する搬送手段は、搬送ローラーに限られずベルトやドラム等であってもよい。

また、上述した例では、インクジェット式記録装置Ｉは、インク供給手段であるカートリッジ２がキャリッジ３に搭載された構成であるが、特にこれに限定されず、例えば、インクタンク等の液体供給手段を装置本体４に固定して、液体供給手段と記録ヘッド１とをチューブ等の供給管を介して接続してもよい。また、液体供給手段がインクジェット式記録装置に搭載されていなくてもよい。

さらに、上述したインクジェット式記録装置Ｉでは、記録ヘッド１がキャリッジ３に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、記録ヘッド１が固定されて、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。

また、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種のインクジェット式記録ヘッド等の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも適用することができる。また、液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録装置Ｉを挙げて説明したが、上述した他の液体噴射ヘッドを用いた液体噴射装置にも用いることが可能である。

Ｉ…インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、１…記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、１１…第１の隔壁、１２…圧力発生室、１５…連通板、１６、１６Ａ、１６Ｂ…ノズル連通路、２０…ノズルプレート、２１…ノズル開口、１００…マニホールド、１５０…第２の隔壁、３００…圧電アクチュエーター

Claims (8)

1. 複数の圧力発生室が並設された流路形成基板と、
   前記流路形成基板に接合され、液体を吐出するノズル開口と前記圧力発生室とに連通した複数のノズル連通路を有する連通板とを備え、
   前記ノズル連通路のそれぞれは、前記圧力発生室が並設された並設方向の幅であって、前記流路形成基板と前記連通板とが積層された積層方向において異なる深さに位置する第１の幅及び第２の幅を有し、
   前記第２の幅は、前記第１の幅よりも前記圧力発生室側に位置し、前記第１の幅よりも狭い
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 請求項１に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   前記第２の幅は、前記ノズル連通路のうち前記圧力発生室側の開口の幅である
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
3. 請求項１又は請求項２に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   前記連通板の前記流路形成基板とは反対側に接合され、前記ノズル開口を有するノズルプレートを備え、
   前記第１の幅は、前記ノズル連通路のうち前記ノズル開口側の開口の幅である
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
4. 請求項１から請求項３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   前記流路形成基板は、前記圧力発生室を区画する第１の隔壁を有し、
   前記連通板は、前記ノズル連通路を区画する第２の隔壁を有し、
   前記並設方向において、前記第２の隔壁の幅は、前記第１の隔壁の幅よりも広い
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
5. 請求項１から請求項４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   前記ノズル連通路は、前記ノズル開口側から前記圧力発生室側に向かい幅が狭くなるテーパー状に形成されている
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
6. 請求項１から請求項４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   前記ノズル連通路は、前記ノズル開口側から前記圧力発生室側に向かい幅が狭くなる段差を一つ以上有する
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
7. 複数の圧力発生室が並設された流路形成基板と、
   前記流路形成基板に接合され、液体を吐出するノズル開口と前記圧力発生室とに連通した複数のノズル連通路を有する連通板とを備え、
   前記連通板は、前記ノズル連通路を区画する隔壁を有し、
   前記隔壁は、前記圧力発生室が並設された並設方向の幅であって、前記流路形成基板と前記連通板とが積層された積層方向において異なる深さに位置する第３の幅及び第４の幅を有し、
   前記第４の幅は、前記第３の幅よりも前記圧力発生室側に位置し、前記第３の幅よりも広い
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
8. 請求項１から請求項７の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする液体噴射装置。
   
   

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