JP2005034997A

JP2005034997A - Liquid ejection head

Info

Publication number: JP2005034997A
Application number: JP2003196959A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Takahashi; 智明高橋; Shiro Yazaki; 士郎矢崎
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-07-15
Filing date: 2003-07-15
Publication date: 2005-02-10

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To ensure a rigidity required for the barrier wall of a through hole even if nozzle openings are formed at a density higher than before. <P>SOLUTION: In a liquid ejection head arranged to eject a liquid drop from a nozzle opening by utilizing a pressure variation of liquid in a pressure chamber, the pressure chamber cavity section consists of a flat and shallow groove section 20 elongated in a direction intersecting the arranging direction of the pressure chambers perpendicularly and having one end communicating with a reservoir through a supply opening, and a through hole section 21 penetrating a channel substrate and interconnecting the other end of the shallow groove section 20 with the nozzle opening 22. The through hole sections 21 are formed in zigzag by shifting one through hole section 21 from an adjacent through hole section 21 to the longitudinal direction of the shallow groove section. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【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（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）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（ＳｉＯ_２）に重ねて酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid ejecting head that ejects liquid droplets from nozzle openings by causing pressure fluctuations in liquid in a pressure chamber.
[0002]
[Prior art]
For example, a recording head for an image recording apparatus and an ejection head for a manufacturing apparatus are provided as liquid ejecting heads that discharge liquid droplets from nozzle openings by causing pressure fluctuations in the liquid in the pressure chamber. As an image recording apparatus having a recording head, an ink jet printer, an ink jet plotter, and a facsimile apparatus are provided. Moreover, as a manufacturing apparatus having an ejection head, a display manufacturing apparatus for manufacturing a color filter such as a liquid crystal display, an electrode manufacturing apparatus for forming an electrode such as an organic EL (Electro Luminescence) display or FED (surface emitting display), a biochip Chip manufacturing apparatuses and the like for manufacturing (biochemical elements) are provided. In the image recording apparatus, liquid ink is ejected from the recording head, and in the display manufacturing apparatus, a solution of each color material of R (Red), G (Green), and B (Blue) is ejected from the color material ejecting head. The electrode manufacturing apparatus discharges a liquid electrode material from the electrode material ejecting head, and the chip manufacturing apparatus discharges a bioorganic solution from the bioorganic ejecting head.
[0003]
Since such a liquid ejecting head ejects liquid droplets by utilizing the pressure fluctuation of the liquid accompanying the operation of the pressure generating element, it is required to efficiently transmit the state change of the pressure generating element to the liquid. For this reason, as a pressure chamber of a conventional liquid ejecting head, for example, a shallow groove portion whose one end communicates with the reservoir through the liquid supply port, and a front end of the shallow groove portion far from the liquid supply port to the nozzle opening penetrate in the plate thickness direction. The thing of the cross-sectional fall L-shape which consists of a through-hole part which does is proposed (for example, patent document 1). In this liquid ejecting head, pressure fluctuation is generated in the liquid in the shallow groove portion by the operation of the pressure generating element, and droplets are ejected from the nozzle opening using this pressure fluctuation. For example, the L-shaped pressure chambers were formed at intervals of 141 μm (that is, equivalent to 180 dpi at the nozzle openings). Along with this, the width of the pressure chamber was set to 110 μm, the width of the channel partition wall separating adjacent pressure chambers was set to 31 μm, and the height of the channel partition wall (depth of the shallow groove portion) was set to 50 to 100 μm. .
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-327909 (FIG. 5)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In this type of liquid ejecting apparatus, it is required to increase the density of the nozzle openings. Here, if the pitch is simply halved (for example, if nozzle openings are provided corresponding to 360 dpi), the width of the pressure chamber and the width of the flow path partition will be halved. And since the rigidity will fall when the thickness of a channel partition becomes half, possibility that a channel partition will change with the liquid pressure in a pressure chamber becomes high. If the flow path partition wall is deformed, pressure fluctuations occur in the liquid in the adjacent pressure chamber, and there is a possibility that the ejection characteristics of the ink droplets are shifted. That is, a phenomenon (so-called adjacent crosstalk) in which the discharge characteristics of the nozzle opening of interest differ according to the discharge state of the adjacent nozzle openings can occur. If this adjacent crosstalk phenomenon appears prominently, a so-called misfire phenomenon occurs in which ink droplets are ejected due to the influence of the adjacent pressure chambers in spite of the non-ejection nozzle openings.
[0006]
In particular, since the through hole portion penetrates the substrate, the flow path partition wall (through hole partition wall) that partitions the through hole portions has lower rigidity than the flow path partition wall (shallow groove partition wall) that partitions the shallow groove portions. It tends to be easily deformed. Therefore, it is necessary to reliably prevent the through-hole partition wall from being deformed. In this case, it is conceivable to increase the rigidity by making the through-hole partition wall thicker than before, but this is against the requirement of increasing the formation pitch of the nozzle openings, which is not preferable.
[0007]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a liquid jet head that can ensure the rigidity required for the through-hole partition wall even if the nozzle opening formation pitch is made higher than before. There is to do.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been proposed in order to achieve the above-described object, and includes a flow path substrate formed by arranging a plurality of pressure chamber cavities serving as pressure chambers across a partition wall, and
A sealing member that is bonded to one surface of the flow path substrate and closes an opening on one side of the pressure chamber cavity;
A nozzle opening provided on the surface opposite to the sealing member corresponding to each pressure chamber cavity, and formed in a state facing the pressure chamber cavity;
A pressure generating element that is provided in the sealing member and causes pressure fluctuation in the liquid in the pressure chamber;
In a liquid ejecting head configured to be able to discharge liquid droplets from the nozzle openings by utilizing pressure fluctuations generated in the liquid in the pressure chamber,
The pressure chamber empty portion is elongated in a direction orthogonal to the pressure chamber arrangement direction, one end of which is communicated with the reservoir through a liquid supply port, and the shallow groove portion that penetrates the flow path substrate. A through-hole portion communicating between the other end of the nozzle and the nozzle opening,
Each through-hole part is formed in a staggered pattern by shifting the position in the longitudinal direction of the shallow groove part with respect to the adjacent through-hole part.
[0009]
In the present invention, a configuration in which the amount of deviation between adjacent through-hole portions is set to ½ or more of the opening length of the through-hole portion is preferable. In addition, the opening length of a through-hole part means the length of a shallow groove part longitudinal direction.
[0010]
According to these inventions, a non-overlapping portion that does not overlap with the adjacent through-hole portion when viewed in the pressure chamber arrangement direction is created. And the through-hole partition which exists in this non-overlapping part is provided ranging between one through-hole part ahead. For this reason, a through-hole partition can be made thick enough and a deformation | transformation can be prevented.
[0011]
In the above invention, it is preferable that the liquid supply port is provided on the same side with respect to each shallow groove portion belonging to the same row so that liquid can be supplied from a common reservoir.
According to the present invention, since the liquid is supplied from the common reservoir to the one row of pressure chambers, the liquid ejecting head can be reduced in size and the structure can be simplified.
[0012]
In the above invention, it is preferable that the pressure chamber cavities have the same shape and the liquid supply port formation positions are staggered in accordance with the formation positions of the through-hole portions. In this case, it is preferable that the position where the pressure generating element is formed is staggered in accordance with the position where each through hole is formed.
According to the present invention, since the shape of the pressure chamber on the side where the through-hole portion is far from the reservoir and the pressure chamber on the side where the through-hole portion is close to the reservoir can be made the same, the Tc characteristics (resonance frequency characteristics) in these pressure chambers Can be aligned. Furthermore, with respect to the pressure generation point by the pressure generating element, that is, the place where the pressure is applied to the liquid or where the pressure is reduced, the position from the nozzle opening can be made uniform in each pressure chamber. As a result, the discharge characteristics can be more reliably aligned.
[0013]
In the above invention, the formation positions of the liquid supply ports may be aligned in the pressure chamber arrangement direction regardless of the formation positions of the through-hole portions. In this case, it is preferable that the pressure generating element is formed at the same position in the direction in which the pressure chambers are arranged regardless of the formation position of each through hole.
According to these inventions, comb-shaped pressure generating elements can be used, and the degree of freedom in design increases.
[0014]
In the above invention, a configuration in which the cross-sectional area of the through-hole portion located on the side far from the reservoir is larger than the cross-sectional area of the through-hole portion located on the near side from the reservoir is preferable. Similarly, a configuration in which the cross-sectional area of the stenosis part located on the side far from the reservoir is made larger than the cross-sectional area of the stenosis part located on the side near the reservoir is preferable.
According to these inventions, the difference in inertance caused by the difference in the length of the shallow groove portion or the length from the reservoir to the liquid supply port is adjusted by the inertance of the through-hole portion or the inertance of the narrowed portion. Thereby, the natural vibration period of each pressure chamber can be made uniform, and the discharge characteristic of a droplet can be made uniform.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, an ink jet recording head which is a kind of liquid ejecting head (that is, a liquid ink which is a kind of liquid in the present invention is ejected as ink droplets; hereinafter referred to as a recording head) is taken as an example. To do.
[0016]
First, the overall configuration of the recording head 1 will be described with reference to FIG. The illustrated recording head 1 is a so-called piezoelectric thin film head, and is schematically composed of a thin film actuator 2, a flow path unit 3, and a driver unit 4. The thin film actuator 2 is a member that causes pressure fluctuations with respect to ink (a kind of liquid of the present invention), and includes an elastic film 5, a piezoelectric element (PZT) 6, and the like. The flow path unit 3 is a member having a pressure chamber 7, a reservoir 8, and the like, and in this embodiment, a flow path substrate provided with a pressure chamber empty portion 9 that becomes the pressure chamber 7 and a reservoir empty portion 10 that becomes the reservoir 8. 11 and a nozzle plate 12 joined to the surface of the flow path substrate 11. The driver unit 4 is a member for supplying a drive signal to the piezoelectric element 6 and includes a driver IC 13 and a mounting substrate 14.
[0017]
The thin film actuator 2 includes an elastic film 5 which is a kind of the sealing member of the present invention, and a piezoelectric element 6 (PZT) formed on the surface of the elastic film 5 opposite to the flow path substrate 11. The elastic film 5 is bent by deformation of the piezoelectric element 6. The elastic film 5 is made of, for example, silicon dioxide (SiO 2 ₂ Zirconium oxide (ZrO) ₂ ) And has a total thickness of about 1400 nm. A lower electrode 15 extends along the longitudinal direction of the pressure chamber 7 on the surface of the elastic film 5. The piezoelectric element 6 is provided on the lower electrode 15.
[0018]
The piezoelectric element 6 is a kind of the pressure generating element of the present invention. The illustrated piezoelectric element 6 has a width (width in the pressure chamber arrangement direction) of about 35 μm and a length (length in the longitudinal direction of the shallow groove portion) of 500 μm. The piezoelectric elements 6 are arranged in the pressure chamber arrangement direction (nozzle row direction) by the number corresponding to the pressure chambers 7. In the present embodiment, the nozzle openings are provided at intervals of about 70 μm (equivalent to 360 dpi), and the piezoelectric elements 6 are also provided at intervals of about 70 μm. An upper electrode 16 is formed on the surface of the piezoelectric element opposite to the lower electrode 15. The upper electrode 16 is electrically connected (electrically connected) to the first lead wiring 17, and a drive signal is supplied through the first lead wiring 17. In addition, a second lead wire 18 for a common electrode is formed on the surface of the elastic film 5. A part of the second lead wiring 18 is configured as a bonding pad, and the other part is electrically connected to the lower electrode 15. The second lead wiring 18 is adjusted to a common potential.
[0019]
The flow path substrate 11 is produced, for example, by etching a silicon wafer (silicon single crystal plate). That is, by this etching process, the pressure chamber empty portion 9, the reservoir empty portion 10, and the ink supply port 19 (the liquid supply port in the present invention) that communicates between the pressure chamber empty portion 9 and the reservoir empty portion 10 are provided. 1 type, see FIG. 2). The pressure chamber empty portion 9 includes a shallow groove portion 20 and a through hole portion 21. The shallow groove portion 20 is a flat concave portion that is elongated in a direction perpendicular to the direction in which the row of nozzle openings 22 (nozzle row) is formed, and one end of which is communicated with the reservoir empty portion 10 via the ink supply port 19. The through hole portion 21 penetrates the flow path substrate 11 in the plate thickness direction and communicates between the tip of the shallow groove portion and the nozzle opening 22. In the present embodiment, the ink supply ports 19 belonging to the same nozzle row are provided on the same side of the shallow groove portion 20. This is because ink can be supplied from the common reservoir 8. That is, by providing the ink supply port 19 on one side of the shallow groove portion 20, the recording head 1 is reduced in size and the structure is simplified. The flow path substrate 11 will be described later in detail.
[0020]
The nozzle plate 12 is a thin plate material in which a plurality of nozzle openings 22 are formed in a row. In this embodiment, the nozzle plate 12 is made of a stainless steel plate. In the present embodiment, as described above, the nozzle openings 22 are provided at intervals of 70 μm. The nozzle plate 12 is bonded to the surface of the flow path substrate opposite to the elastic film 5, and in this bonded state, each nozzle opening 22 faces the corresponding pressure chamber cavity 9 (specifically, the through hole 21). . And the formation position of each nozzle opening 22 is determined according to the formation position of the through-hole part 21. That is, each nozzle opening 22 is opened so as to face the opening center of the corresponding through-hole portion 21. And since each through-hole part 21 is formed in zigzag form so that it may mention later, each nozzle opening 22 is also opened in zigzag form.
[0021]
The driver unit 4 is roughly configured by a driver IC 13 and a mounting substrate 14. The driver IC 13 is a part that controls the supply of a drive signal to the piezoelectric element 6, and supplies a drive signal from a drive signal generation unit (not shown) to the piezoelectric element 6 based on print data (dot pattern data). . The mounting substrate 14 is a substrate on which the driver IC 13 is mounted. In the present embodiment, the mounting substrate 14 is made of a silicon single crystal plate. The mounting substrate 14 is bonded in a state of being superimposed on the thin film actuator 2. For this reason, a recess is formed by etching on one surface (the surface on the thin film actuator 2 side) of the mounting substrate 14 to form a space in which a part of the piezoelectric element 6 and the like can be stored. Further, a common electrode 23 is formed on the surface (driver mounting surface) opposite to the recess forming surface. The driver IC 13 mounted on the driver mounting surface is electrically connected to the common electrode 23 and the first extraction wiring 17 by the bonding wire 24. Further, the common electrode 23 and the second lead wiring 18 are also electrically connected by the bonding wire 24.
[0022]
In the recording head 1 having the above configuration, ink droplets can be ejected from the nozzle openings 22 by the operation of the piezoelectric element 6. That is, ink supplied from an ink supply source such as an ink cartridge is temporarily stored in the reservoir 8 and then introduced into the pressure chamber 7 through the ink supply port 19. The volume of the pressure chamber 7 changes due to the deformation of the piezoelectric element 6. Specifically, the piezoelectric element 6 is bent so as to protrude toward the pressure chamber 7 by charging. For this reason, the pressure chamber 7 contracts. On the other hand, the piezoelectric element 6 is deformed in the return direction by the discharge. For this reason, when the charged piezoelectric element 6 is discharged, the pressure chamber 7 expands. Due to such a change in the volume of the pressure chamber 7, pressure fluctuation occurs in the ink stored in the pressure chamber 7. By utilizing this pressure fluctuation, ink droplets can be ejected from the nozzle openings 22.
[0023]
By the way, as in this embodiment, when the resolution is about 360 dpi, it is necessary to form the pressure chamber cavities 9 at intervals of 70 μm. In this case, when the plurality of through-hole portions 21 are formed in a straight line, the through-hole partition walls that partition adjacent through-hole portions 21 become extremely thin. In particular, since the through-hole portion 21 penetrates the flow path substrate 11, the rigidity of the through-hole partition tends to be low and easily deforms. This deformation of the through-hole partition wall is not preferable because it causes so-called adjacent crosstalk. Here, it is conceivable to increase the rigidity by making the through-hole partition wall thicker than before, but it becomes difficult to increase the density of the formation pitch of the nozzle openings 22.
[0024]
In view of such circumstances, in this recording head 1, with respect to the through-hole portion 21 that communicates between the tip of the shallow groove portion and the nozzle opening 22, each through-hole portion 21 is longer than the adjacent through-hole portion 21. The position is shifted in the direction to form a staggered pattern. Hereinafter, the flow path substrate 11 will be described in detail focusing on this point.
[0025]
2A and 2B are explanatory views of the flow path unit 3. FIG. 2A is a plan view of a part of the flow path unit 3 as viewed from the shallow groove portion 20 side, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 4 is a sectional view taken along line BB in FIG.
[0026]
As shown in these drawings, the shallow groove portion 20 is configured by a flat recess having a parallelogram shape that is elongated horizontally, and is formed over the entire length of the pressure chamber 7. As described above, the reason for the empty space of the parallelogram shape is that the flow path substrate 11 is produced by anisotropic etching of a silicon single crystal plate (for example, a silicon wafer having a thickness of 330 μm). That is, in this etching process, since each surface of the recess is partitioned by the crystal plane of silicon, the shape is determined by the angle of the crystal plane. For this reason, in the example of FIG. 2A, the long side portion is formed in parallel to the Y direction (longitudinal direction of the shallow groove portion, longitudinal direction of the pressure chamber) with respect to the parallelogram-shaped wall portion defining the shallow groove portion 20, The short side portion is formed with an inclination of 35 degrees in the clockwise direction with respect to the X direction (the direction perpendicular to the shallow groove longitudinal direction Y, the nozzle row direction). The shallow groove portion 20 has a total length (length in the Y direction) L20 of 500 μm and a width W20 of 55 μm. Here, the reason why the width W20 is set to 55 μm is due to the balance with the deformation amount of the elastic film 5. That is, the minimum required width for ejecting a required amount of ink droplets is set to 55 μm.
[0027]
As described above, the through-hole portion 21 is provided so as to penetrate the flow path substrate 11 in the plate thickness direction, and the tip portion of the shallow groove portion 20 (corresponding to the other end in the present invention), that is, in the shallow groove portion 20. Is formed in a place farthest from the reservoir empty space 10 in The opening shape of the through-hole portion 21 is also a parallelogram shape. This is because, when the flow path substrate 11 is manufactured, after performing a pre-hole processing for forming a pre-hole smaller than the through-hole portion 21 using a laser, an etching process for etching the silicon single crystal plate is performed. by. For this reason, the angle of each side constituting the opening of the through-hole portion 21 is the same as the angle of each side constituting the shallow groove portion 20. And the opening width W21 of this through-hole part 21 is set smaller than the width W20 of the shallow groove part 20, and is 40 micrometers in this embodiment.
[0028]
Further, the opening of the through-hole portion 21 is elongated in the longitudinal direction (Y direction) of the shallow groove portion. As described above, the reason why the elongated groove portion is elongated in the longitudinal direction is to reduce the inertance and flow path resistance in the through-hole portion 21. The opening width W21 of the through hole portion 21 is set to be equal to or smaller than the opening width W20 of the shallow groove portion 20. Here, if the opening length L21 of the through-hole portion 21 is too short, the inertance and flow path resistance in the through-hole portion 21 become excessively large, which hinders the ejection of ink droplets. Therefore, by optimizing the opening length L21 of the through-hole portion 21, the cross-sectional area of the through-hole portion 21 is expanded, and ink droplet ejection is optimized.
[0029]
In this case, if the through-hole portion 21 is enlarged unnecessarily, the volume of the pressure chamber 7, that is, the ink volume in the pressure chamber becomes too large, so that it is difficult to obtain a necessary pressure even if the piezoelectric element 6 is deformed. For this reason, the opening length L21 of the through-hole portion 21 cannot be increased unnecessarily. Considering this point, in this embodiment, the opening length L21 of the through-hole portion 21 is set to 120 μm. In other words, the ratio of the opening width W21 and the opening length L21 in the through hole 21 is set to 1: 3. From this point of view, the optimum value of the opening length L21 when the opening width W21 of the through-hole portion 21 is 40 μm is 80 μm to 160 μm (ratio of the opening width to the opening length is 1: 2 to 1: 4).
[0030]
The ink supply port 19 is partitioned and formed by projecting a part of the flow path partition 25 that partitions the adjacent shallow groove portions 20 in a trapezoidal shape toward the opposing flow path partition 25. The ink supply port 19 includes a narrowed portion 27 defined by the upper bottom portion of the trapezoidal protrusion 26 and a shallow groove supply portion 28 located on the reservoir empty portion 10 side of the narrowed portion 27. The depths of the narrowed portion 27 and the shallow groove supply portion 28 are the same as those of the shallow groove portion 20 described above. In other words, these depths are the same as the height H25 of the flow path partition wall 25. In the present embodiment, the depth is set to 30 μm. Further, in the present embodiment, the length L27 of the narrowed portion 27 is set to 100 μm. On the other hand, the width W27 of the narrowed portion 27 is determined according to the length L28 (the length in the longitudinal direction of the shallow groove portion) of the shallow groove supply portion 28. This is because the formation position of the narrowed portion 27 is shifted in a staggered manner.
[0031]
That is, when the formation position of the narrowed portion 27 is shifted in a staggered manner, the length L28 of the shallow groove supply portion 28 is also different. Specifically, the length L28A of the shallow groove supply portion 28 corresponding to the through-hole portion 21 on the side far from the reservoir 8 (referred to as the first through-hole portion 21A for convenience) is the through-hole on the side closer to the reservoir 8. It becomes longer than the length L28B of the shallow groove supply portion 28 corresponding to the portion 21 (referred to as the second through-hole portion 21B for convenience). In this case, if the width W27 of the narrowed portion 27 is set to be the same, the natural vibration period of the ink in the pressure chamber 7 (hereinafter referred to as the natural vibration period of the pressure chamber 7) due to the difference in the inertance of the shallow groove supply portion 28. Variation).
[0032]
In this embodiment, the width W27A of the narrowed portion 27 communicating with the long-side shallow groove supply portion 28 is communicated with the short-side shallow groove supply portion 28 in order to adjust the variation in the natural vibration period of the pressure chamber 7. It is set wider than the width W27B of the narrowed portion 27. For example, regarding the length L28 of the shallow groove supply portion 28, if the long side (L28A) is 180 μm and the short side (L28B) is 30 μm, the width W27B of the narrowed portion 27 that communicates with the short groove supply portion 28 on the short side. Is 20 μm, and the width W27A of the narrowed portion 27 communicating with the shallow groove supply portion 28 on the long side is 26 μm. As a result, the difference in inertance caused by the difference in length of the shallow groove supply portion 28 is adjusted by the inertance of the narrowed portion 27, and the inertance can be made uniform for the entire ink supply port. As a result, the natural vibration periods of the pressure chambers 7 can be made uniform.
[0033]
In the present embodiment, the width (thickness) of the flow path partition 25 that partitions adjacent shallow groove portions 20 is set to about 15 μm. The width of the flow path partition 25 is defined by the formation pitch of the pressure chambers 7 (nozzle openings 22) and the width of the shallow grooves 20. That is, in this embodiment, the pressure chambers 7 are produced at intervals of about 70 μm, but the width of the shallow groove portion 20 is set to 55 μm as described above. For this reason, the width of the channel partition 25 is determined to be about 15 μm. Further, the height of the flow path partition wall 25 (depth of the shallow groove portion 20) is set to 30 μm as described above. The height H25 of the flow path partition 25 is set as high as possible within a range in which excessive deformation does not occur due to the ink pressure in the pressure chamber 7, but should be set lower than the height H21 of the through-hole portion 21. Is preferred. This is because, in the thickness direction of the flow path substrate 11, the ratio of the through hole portion 21 is larger than the ratio of the shallow groove portion 20, and the rigidity of the entire flow path substrate can be increased. .
[0034]
Moreover, in this embodiment, the pressure chamber empty part 9 is produced in the same shape. This is because the natural vibration periods of the pressure chambers 7 are aligned and the ejection characteristics of the ink droplets are made uniform. The pressure chamber cavities 9 are formed so as to be displaced in the longitudinal direction of the pressure chamber by a predetermined distance with reference to the through hole 21. That is, the positions of the through-hole portions 21 are shifted in the longitudinal direction of the shallow groove portion with respect to the adjacent through-hole portions 21 and are formed in a staggered pattern.
[0035]
Specifically, as shown in FIG. 2A, the end of the second through-hole portion 21B located on the side closer to the reservoir 8 and the end of the first through-hole portion 21A located on the side far from the reservoir 8 Are shifted until substantially aligned on a straight line (on a virtual straight line L1 parallel to the nozzle row). When the through-hole portions 21 are produced in a staggered manner in this manner, a non-overlapping portion (in the longitudinal direction of the pressure chamber) that does not overlap with the adjacent through-hole portions 21 when viewed from the pressure chamber arrangement direction between the through-hole portions 21. It can be expressed as a non-overlapping part.) Is created. In the example of FIG. 2, as shown in FIGS. 2B and 2C, the entire through-hole portion 21 does not overlap with the adjacent through-hole portion 21. Therefore, it can be said that all of the through-hole portions 21 are formed in the non-overlapping region, and each nozzle opening 22 is also communicated with the non-overlapping region. And the through-hole partition wall 29 which exists in this non-overlapping part is provided ranging between the one through-hole parts 21 ahead, as shown to Fig.3 (a), (b). For this reason, the thickness W29 of the through-hole partition wall 29 can be sufficiently ensured, the necessary rigidity can be obtained, and the deformation thereof can be prevented.
[0036]
Thereby, even if the formation pitch of the nozzle openings 22 is set to 70 μm or less and the density is increased, the through-hole partition walls 29 can be provided in a necessary thickness. Therefore, the rigidity required for the through-hole partition wall 29 can be ensured, and the ink droplet ejection characteristics can be stabilized without causing excessive deformation even when the ink is pressurized or depressurized during ejection of the ink droplets. Can do. In addition, the formation position of the piezoelectric element 6 is changed in accordance with the position of the pressure chamber space 9. Thereby, since the positional relationship between the nozzle opening 22 and the piezoelectric element 6 is made uniform in all the pressure chambers 7, the ink droplet ejection characteristics can be stabilized also in this respect.
From the viewpoint of reliably obtaining the required rigidity, the amount of deviation between adjacent through-hole portions 21 is set to 1/2 or more of the opening length of the through-hole portion 21 (the length in the longitudinal direction of the shallow groove portion). It has been confirmed experimentally that this is sufficient.
[0037]
By the way, in said 1st Embodiment, although the structure which forms the piezoelectric element 6 in zigzag form was taken, it is not limited to this structure. For example, a comb-like piezoelectric element can be used as the pressure generating element. Hereinafter, the second embodiment configured as above will be described.
[0038]
First, the overall configuration of the recording head 31 will be described with reference to FIG. Here, FIG. 4 is a sectional view for explaining the internal structure of the recording head 31. The illustrated recording head 31 is roughly composed of a vibrator unit 33 having a comb-like piezoelectric element 32, a case 34 that houses the vibrator unit 33, and a flow path unit 35 that is joined to the front end surface of the case 34. Composed.
[0039]
The case 34 has a block shape in which a housing empty portion 36 in which the vibrator unit 33 can be housed is formed. The case 34 is made of a resin having good moldability such as an epoxy resin. The housing empty portion 36 is an empty portion that penetrates the inside of the case 34 from the case front end surface (the lower surface in FIG. 4) and opens to the opposite mounting surface (the same upper surface). A stepped portion with which the fixing plate 37 of the vibrator unit 33 can come into contact is formed in the housing empty portion 36 in the middle of the height direction.
[0040]
The vibrator unit 33 includes a plurality of piezoelectric elements 32 and a fixed plate 37 to which these piezoelectric elements 32 are joined. The piezoelectric element 32 is manufactured from a single piezoelectric plate in which piezoelectric layers and electrode layers are alternately stacked. That is, the piezoelectric elements 32 are produced by dividing the piezoelectric plate into a comb-teeth shape with a wire saw or the like, and are provided in rows. The piezoelectric element 32 is a kind of pressure generating element in the present invention, and is deformed according to the voltage of the supplied drive signal. That is, the illustrated piezoelectric element 32 contracts in the element longitudinal direction (direction perpendicular to the stacking direction) by charging and expands in the element longitudinal direction by discharging.
[0041]
The piezoelectric elements 32 are cut into an extremely narrow width of about 35 μm, and for example, about 90 to 180 are provided. Each piezoelectric element 32 has its fixed end portion joined to the surface of the fixed plate 37, and the free end portion is projected outward from the edge of the fixed plate 37. That is, each piezoelectric element 32 is supported on the fixed plate 37 in a so-called cantilever state. In addition, the fixed plate 37 that supports each piezoelectric element 32 is a plate-like member having rigidity capable of receiving a reaction force from the piezoelectric element 32, and is configured by a stainless plate having a thickness of about 1 mm in this embodiment. .
[0042]
The flow path unit 35 is a member having the same function as the flow path unit 3 of the first embodiment, and includes a flow path substrate 38, an elastic plate 39, and a nozzle plate 40. That is, the flow path unit 35 is manufactured by bonding the elastic plate 39 to one surface of the flow path substrate 38 and bonding the nozzle plate 40 to the other surface of the flow path substrate 38.
[0043]
The flow path substrate 38 is a plate-like member having a pressure chamber empty portion 41 and a reservoir empty portion 42. In this embodiment, the flow channel substrate 38 is an opening that becomes a shallow groove portion 43 or an ink supply port 44 (see FIG. 5A). It comprises a shallow groove substrate 45 in which the window portion 53 is formed and a through hole substrate 47 in which the through hole portion 46 and the reservoir empty portion 42 are formed. The shallow groove substrate 45 and the through-hole substrate 47 are produced, for example, by pressing a malleable metal plate such as a nickel plate. The flow path substrate 38 will be described in detail later.
[0044]
The elastic plate 39 has a double structure in which an elastic film 48 such as PPS (polyphenylene sulfide) is laminated on a support substrate such as a stainless steel plate. Then, as shown in FIG. 5A, the support substrate is removed from the portion sealing the pressure chamber empty portion 41 and the reservoir empty portion 42 leaving the island portion (thick portion) 49, and the elastic film 48 is obtained. The only elastic part (thin part) is formed. The tip surface of the piezoelectric element 32 is joined to the island portion 49, and the elastic portion is deformed by the expansion and contraction of the piezoelectric element 32. That is, when the piezoelectric element 32 extends in the element longitudinal direction, the island portion 49 is pushed in the nozzle plate direction and the pressure chamber volume decreases. On the other hand, when the piezoelectric element 32 contracts in the element longitudinal direction, the island portion 49 is pulled toward the vibrator unit 33 and the pressure chamber volume increases.
[0045]
The nozzle plate 40 has the same configuration as that of the first embodiment described above. That is, the nozzle plate 40 is manufactured by opening the nozzle openings 50 in a staggered manner on a thin stainless steel plate. Also in the present embodiment, each nozzle opening 50 is positioned at the opening center of the through-hole portion 46.
[0046]
Also in the recording head 31, the ink supplied from the ink cartridge or the like is temporarily stored in the reservoir 51 and then introduced into the pressure chamber 52 through the ink supply port 44. The ink introduced into the pressure chamber 52 is ejected as an ink droplet from the nozzle opening 50 by the operation of the piezoelectric element 32. In other words, the recording head 31 also ejects ink droplets by utilizing the pressure fluctuation of the ink that occurs as the pressure chamber 52 expands and contracts.
[0047]
In this recording head 31 as well, each through hole 46 is shifted in the longitudinal direction of the shallow groove with respect to the adjacent through hole 46 in a staggered manner in order to ensure the rigidity around the through hole. ing. Hereinafter, the flow path substrate 38 will be described in detail focusing on this point.
[0048]
As described above, the flow path substrate 38 of the present embodiment includes the shallow groove substrate 45 and the through hole substrate 47. As shown in FIG. 5A, the shallow groove substrate 45 is formed with an opening window 53 that is punched in accordance with the outer shape of the shallow groove 43 and the ink supply port 44. Further, the through-hole portion 46 and the reservoir empty portion 42 formed in the through-hole substrate 47 are formed as empty portions having a rectangular opening. In this embodiment, the thickness H45 of the shallow groove substrate 45 is 30 μm, and the thickness H47 of the through-hole substrate 47 is 300 μm. The shallow groove substrate 45 and the through-hole substrate 47 may be joined after adjusting to a desired thickness, or after joining the substrates 45 and 47 that are slightly thicker than specified, to a desired thickness by lapping or the like. You may finish it. Which method is selected is determined from the viewpoints of work efficiency and parts handling. In other words, the method of bonding the substrates 45 and 47, which have been prepared to have a desired thickness in advance, has the advantage of good work efficiency. On the other hand, the method of adjusting the thickness of the substrate after bonding has advantages that the substrates 45 and 47 that are thicker than specified are bonded, so that handling of the components is facilitated and damage can be prevented.
[0049]
The opening window 53 provided in the shallow groove substrate 45 has an elongated rectangular shape corresponding to the shallow groove 43. A narrowed portion 55 and a shallow groove supply portion 56 are formed by projecting a part of the flow path partition wall 54 corresponding to the ink supply port 44 in a trapezoidal shape. In the present embodiment, the formation positions of the trapezoidal protrusions 57, that is, the distances from the reservoir empty part 42 are aligned. On the other hand, the positions of the front end portion of the opening window portion 53, that is, the end portion far from the reservoir empty portion 42, are uneven. In other words, there are two types of lengths of the shallow groove portion 43, and long and short ones are alternately formed in the nozzle row direction. The reason why the opening window 53 is formed in this manner is that each through hole 46 is formed in a staggered manner with a position shifted in the longitudinal direction of the shallow groove with respect to the adjacent through hole 46. That is, through-hole portions 46 that penetrate in the plate thickness direction are formed in the through-hole substrate 47, but each through-hole portion 46 communicates with the tip portion of the shallow groove portion 43 in order to prevent stagnation of the liquid. Here, if the through-hole portions 46 are formed so as to be aligned in the direction in which the pressure chambers are arranged, the through-hole partition walls 29 become extremely thin and easily deform, which may cause adjacent crosstalk. For this reason, also in the present embodiment, each through-hole portion 46 is formed in a staggered pattern with its position shifted in the longitudinal direction of the shallow groove portion.
[0050]
With respect to the through-hole portion 46 communicated with the tip of the shallow groove portion, the shift amount is set to an amount such that adjacent through-hole portions 46 do not overlap each other when viewed from the pressure chamber arrangement direction. Specifically, one opening edge (opening edge on the reservoir 51 side) in the first through-hole portion 46A far from the reservoir 51 and the other opening edge (reservoir 51 in the second through-hole portion 46B close to the reservoir 51). And an opening edge on the opposite side) are formed in a state of being aligned on a virtual straight line L2 as a boundary line. When the through-hole portions 46A and 46B are produced in a staggered manner in this way, a non-overlapping portion that does not overlap with the adjacent through-hole portions 46 when viewed from the pressure chamber arrangement direction is created between the through-hole portions 46. .
[0051]
The through-hole partition wall 58 existing in the non-overlapping portion is provided between the one through-hole portion 46, as can be seen from FIG. For this reason, the thickness W58 of the through-hole partition wall 58 can be sufficiently ensured, the necessary rigidity can be obtained, and the deformation thereof can be prevented. Thereby, even if the formation pitch of the nozzle openings 50 is set to 70 μm or less and the density is increased, the necessary rigidity as the through-hole partition wall 58 can be secured. As a result, even when the ink is pressurized or depressurized when the ink droplet is ejected, the ink droplet ejection characteristics can be stabilized without causing excessive deformation.
[0052]
By the way, in the second embodiment, the island portions 49 are arranged side by side in the pressure chamber arrangement direction (nozzle row direction), and the island portions 49 are pushed and pulled by the comb-like piezoelectric elements 32. The fact that the piezoelectric elements 32 are comb-shaped can be said that the formation positions of the piezoelectric elements 32 are aligned in the pressure chamber arrangement direction. Thereby, the formation position of the ink supply port 44, that is, the distance from the reservoir empty portion 42 is constant regardless of the length of the shallow groove portion 43. On the other hand, since the length of the shallow groove portion 43 varies, this variation causes variations in the inertance and flow path resistance of the shallow groove portion 43. Since this variation affects the natural vibration period of the pressure chamber 52, it must be adjusted in some way.
[0053]
In view of this point, in the present embodiment, the cross-sectional area of the first through-hole portion 46A located on the side far from the reservoir empty portion 42 is made larger than the cross-sectional area of the second through-hole portion 46B located on the near side from the reservoir empty portion 42. It is also wide. That is, the length of the shallow groove portion 43 (referred to as the first shallow groove portion 43A for convenience) that communicates with the first through hole portion 46A is the length of the shallow groove portion 43 that communicates with the second through hole portion 46B (referred to as second shallow groove portion 43B for convenience sake). Is longer than Here, since the thickness H45 of the shallow groove substrate 45 is as extremely thin as 30 μm, the inertance and flow path resistance increase as the shallow groove 43 becomes longer. For this reason, the inertance and flow path resistance of the first shallow groove portion 43A are larger than the inertance and flow path resistance of the second shallow groove portion 43B. Therefore, in the present embodiment, the first through-hole portion 46A is expanded in the longitudinal direction of the shallow groove portion, and the cross-sectional area thereof is made larger than the cross-sectional area of the second through-hole portion 46B. Thereby, the inertance etc. of 46 A of 1st through-hole parts become small compared with the inertance etc. of 46 A of 2nd through-hole parts. As a result, the difference in inertance is reduced as a whole pressure chamber. In the present embodiment, the opening length L46A of the first through-hole portion 46A is 160 μm, and the opening length L46B of the second through-hole portion 46B is 100 μm.
[0054]
In the present embodiment, the cross-sectional area of the narrowed portion 55 on the side where the first through-hole portion 46A communicates (referred to as the first narrowed portion 55A for convenience) is the cross-sectional area on the side where the second through-hole portion 46B communicates. The cross-sectional area of the narrowed portion 55 (referred to as the second narrowed portion 55B for convenience) is made larger. Thereby, the inertance of the first constricted portion 55A becomes smaller than the inertance of the second constricted portion 55B, and the difference in inertance as a whole of the pressure chamber 52 becomes small. In the present embodiment, the opening width W55A of the first constricted portion 55A is 25 μm, and the opening width W55B of the second constricted portion 55B is 20 μm. The opening lengths of the first constricted portion 55A and the second constricted portion 55B are approximately equal to about 100 μm.
[0055]
By adopting this configuration, the difference in inertance or the like due to the difference in length of the shallow groove portion 43 is adjusted by the inertance of the through-hole portion 46 and the inertance of the narrowed portion 55. Thereby, the natural vibration periods of the pressure chambers 52 can be made uniform, and the ink droplet ejection characteristics can be made uniform. In addition, in this embodiment, although both the through-hole part 46 and the constriction part 55 were adjusted, the structure which adjusts any one may be sufficient.
[0056]
By the way, in each of the above-described embodiments, the nozzle opening 50 is in a non-overlapping portion of the through-hole portion 46, that is, a portion where the adjacent through-hole portions 46 do not overlap each other when viewed from the pressure chamber arrangement direction (non-overlapping portion). I was there. For this reason, each nozzle opening 50 is opened in a staggered manner from the nozzle row direction. In this configuration, it is necessary to control differently between the odd-numbered nozzle opening groups and the even-numbered nozzle opening groups from the end. For example, when one straight line is drawn by one nozzle opening group and the other nozzle opening group, ink is ejected from the other nozzle opening group after a predetermined time has elapsed after ejecting ink droplets from one nozzle opening group. Drops are ejected. However, in order to increase the recording speed, it is preferable to simplify the control algorithm as much as possible. From this point of view, it is preferable to provide the nozzle openings 50 in a row. Hereinafter, the third embodiment configured as described above will be described.
[0057]
FIG. 6 is a diagram for explaining the third embodiment. Here, the third embodiment shares a basic configuration with the first embodiment. For this reason, the same parts are simply described with the same reference numerals, and the differences will be described in detail.
[0058]
In the present embodiment, the amount of deviation between adjacent through-hole portions 21 is ½ of the opening length of the through-hole portion 21. Specifically, since the opening length of the through hole portion 21 is 120 μm, the through hole portion 21 is shifted by 60 μm in the longitudinal direction of the shallow groove portion 20. When shifted in this way, when viewed from the direction in which the pressure chambers are arranged, an overlapping portion X is formed in which adjacent through-hole portions 21 overlap with each other in the pressure chamber longitudinal direction. However, since the shift amount of each through-hole portion 21 is ½ of the opening length, a thick portion corresponding to the shift amount is provided in the through-hole partition wall 29. And since this thick part is provided ranging between the one through-hole parts 21 ahead, the rigidity required for the through-hole partition wall 29 can be ensured.
[0059]
Further, in the present embodiment, the nozzle openings 22 are opened in a straight line by communicating the nozzle openings 22 with the overlapping portion X. That is, the nozzle opening 22 communicates with the end on the base side for the first through hole 21A far from the reservoir 8 (see FIG. 6C), and the tip side for the second through hole 21B close to the reservoir 8 (See FIG. 6B).
[0060]
Furthermore, also in this embodiment, the pressure chamber void 9 is formed in the same shape in order to make the ejection characteristics of the ink droplets uniform. For this reason, each pressure chamber empty portion 9 is formed by shifting the position in the longitudinal direction of the pressure chamber by a predetermined distance with reference to the through-hole portion 21. In this case, the formation position of the narrowed portion 27 is also shifted in a staggered manner, and the length of the shallow groove supply portion 28 varies. Since the variation of the shallow groove supply section 28 affects the natural vibration period of the pressure chamber 7, the opening width of the narrowed section 27 is adjusted so as to make the natural vibration period uniform. That is, the opening width of the first narrowed portion 27A corresponding to the first through-hole portion 21A is set wider than the opening width of the second narrowed portion 27B corresponding to the second through-hole portion 21B.
[0061]
In the third embodiment having such a configuration, since the nozzle openings 22 are provided on a straight line, the drive timing of the piezoelectric element 6 can be made uniform. This eliminates the need to set a delay time for each nozzle opening 22 and simplifies the control. Therefore, it is suitable for high frequency ejection of ink droplets. Further, when viewed from the direction in which the pressure chambers are arranged, the through-hole portions 21 partially overlap, but since the displacement amount of the through-hole portions 21 is ½ of the opening length, the amount corresponding to this displacement amount is Are provided in the through-hole partition wall 29. Even if the formation pitch of the nozzle openings 22 is increased to 70 μm or less by this thick portion, the rigidity necessary for the through-hole partition wall 29 can be secured, and adjacent crosstalk can be prevented. Furthermore, since the opening width of the narrowed portion 27 is set according to the length of the shallow groove supply portion 28, the natural vibration period of each pressure chamber 7 can be made uniform.
[0062]
Note that the above description has been given by exemplifying the recording heads 1 and 31 using the piezoelectric element 6 as a pressure generating element, but the recording heads 1 and 31 are not limited thereto. The pressure generating element may be a piezoelectric element manufactured by a thick film printing method. In addition, an electrostatic actuator, a heating element, a magnetostrictive element, or the like can be used.
[0063]
The present invention can also be applied to liquid jet heads other than the recording heads 1 and 31. For example, the present invention can also be applied to a color material ejecting head for a display manufacturing apparatus, an electrode material ejecting head for an electrode manufacturing apparatus, and a bioorganic matter ejecting head for a chip manufacturing apparatus. Furthermore, it can be applied to a micropipette.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a recording head according to a first embodiment.
FIGS. 2A and 2B are explanatory views of a flow path unit, wherein FIG. 2A is a plan view of a part of the flow path unit as viewed from the shallow groove side, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. It is BB sectional drawing in.
FIGS. 3A and 3B are diagrams illustrating through-hole partition walls, where FIG. 3A is a cross-sectional view cut in the nozzle row direction at the position of the first through-hole portion, and FIG. 3B is the nozzle row direction at the position of the second through-hole portion; It is sectional drawing cut | disconnected by.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a recording head according to a second embodiment.
FIGS. 5A and 5B are explanatory views of the flow path unit, wherein FIG. 5A is a plan view of a part of the flow path unit viewed from the shallow groove side, FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. It is DD sectional drawing in.
6A and 6B are explanatory views of a third embodiment, in which FIG. 6A is a plan view of a part of a flow path unit as viewed from the shallow groove side, FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line EE in FIG. FIG. 6 is a sectional view taken along line FF in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,31 ... Inkjet recording head; 2 ... Thin film actuator; 3,35 ... Flow path unit; 4 ... Driver unit; 5 ... Elastic film; 6, 32 ... Piezoelectric element; Reservoir; 9, 41 ... Pressure chamber empty portion; 10, 42 ... Reservoir empty portion; 11, 38 ... Channel substrate; 12, 40 ... Nozzle plate; 13 ... Driver IC; 14 ... Mounting substrate; ... upper electrode; 17 ... first lead wiring; 18 ... second lead wiring; 19, 44 ... ink supply port; 20, 43 ... shallow groove part; 21, 46 ... through hole part; Common electrode; 24 ... Bonding wire; 25, 54 ... Channel partition; 26, 57 ... Projection of channel partition; 27, 55 ... Constriction; 28, 56 ... Shallow groove supply; ... vibrator unit; 34 ... case 36 ... housing hollow portion; 37 ... fixing plate; 39 ... elastic plate; 45 ... shallow groove substrate; 47 ... through hole substrate; 48 ... elastic film; 49 ... islands; 53 ... opening window portion

Claims

A flow path substrate formed by providing a plurality of rows of pressure chamber cavities serving as pressure chambers with a partition wall interposed therebetween;
A sealing member that is bonded to one surface of the flow path substrate and closes an opening on one side of the pressure chamber cavity;
A nozzle opening provided on the surface opposite to the sealing member corresponding to each pressure chamber cavity, and formed in a state facing the pressure chamber cavity;
A pressure generating element that is provided in the sealing member and causes pressure fluctuation in the liquid in the pressure chamber;
In a liquid ejecting head configured to be able to discharge liquid droplets from the nozzle openings by utilizing pressure fluctuations generated in the liquid in the pressure chamber,
The pressure chamber empty portion is elongated in a direction orthogonal to the pressure chamber arrangement direction, one end of which is communicated with the reservoir through a liquid supply port, and the shallow groove portion that penetrates the flow path substrate. A through-hole portion communicating between the other end of the nozzle and the nozzle opening,
A liquid ejecting head, wherein each through hole is formed in a zigzag shape by shifting the position in the longitudinal direction of the shallow groove with respect to the adjacent through hole.

The liquid ejecting head according to claim 1, wherein a deviation amount between adjacent through-hole portions is set to ½ or more of an opening length of the through-hole portion.

3. The liquid ejecting head according to claim 1, wherein the liquid supply port is provided on the same side with respect to each shallow groove portion belonging to the same row so that the liquid can be supplied from a common reservoir.

4. The pressure chamber according to claim 1, wherein the pressure chamber cavities have the same shape, and the liquid supply ports are staggered in accordance with the formation positions of the through holes. Liquid jet head.

The liquid ejecting head according to claim 4, wherein the pressure generating elements are formed in a staggered manner in accordance with the formation positions of the respective through-hole portions.

The liquid ejecting head according to claim 1, wherein the formation positions of the liquid supply ports are aligned in the pressure chamber arrangement direction regardless of the formation positions of the through-hole portions.

The liquid ejecting head according to claim 6, wherein the formation positions of the pressure generating elements are aligned in the pressure chamber arrangement direction regardless of the formation positions of the through-hole portions.

8. The liquid jet head according to claim 6, wherein a cross-sectional area of the through-hole portion located on the side far from the reservoir is made larger than a cross-sectional area of the through-hole portion located on the side near the reservoir. .

The liquid supply port is composed of a narrow portion communicating with the shallow groove portion, and a shallow groove supply portion communicating between the narrow portion and the reservoir,
The stenosis part is staggered in accordance with the formation position of each through-hole part, and the cross-sectional area of the stenosis part located on the side far from the reservoir is larger than the cross-sectional area of the stenosis part located on the side close to the reservoir The liquid ejecting head according to claim 1, wherein the liquid ejecting head is widened.

4. The nozzle openings are arranged on a straight line with the nozzle openings facing an overlapping portion of through-hole portions where adjacent through-hole portions overlap each other, and each nozzle opening is arranged on a straight line. Liquid jet head.

4. The liquid jet head according to claim 1, wherein the nozzle opening faces a non-overlapping portion of a through hole portion where adjacent through hole portions do not overlap each other.

The liquid ejecting head according to claim 1, wherein the pressure generating element is a piezoelectric element.

The liquid ejecting head according to claim 1, wherein the pressure generating element is a heat generating element.