JP2014176977A - インクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インクの不吐出を抑制できるインクジェットヘッドを提供する。
【解決手段】一つの実施の形態に係るインクジェットヘッドは、基材と、ノズルプレートと、第１および第２の電極と、圧電体と、インク供給部材とを備える。圧力室が前記基材の一方の端部から他方の端部に亘って設けられる。前記ノズルプレートは、前記基材の一方の端部にあって前記圧力室を塞ぐ振動板と、前記圧力室に連通するノズルとを有する。前記第１の電極は、前記圧力室の反対側で前記振動板上にある。前記圧電体は、前記第１の電極に重なる。前記第２の電極は前記圧電体に重なる。前記インク供給部材は、前記基材の他方の端部にあって前記圧力室に開口する第１の接続口と、前記第１の接続口を囲んで前記圧力室に開口する第２の接続口と、を有する。前記第１の接続口および前記第２の接続口のいずれか一方が前記圧力室にインクを供給し、他方が前記圧力室のインクを排出する。
【選択図】 図２

Description

本発明の実施形態は、インクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置に関する。

オンデマンド型インクジェット記録方式は、画像信号に従ってノズルからインク滴を吐出し、記録紙上にインク滴による画像を形成する。オンデマンド型インクジェット記録方式は、例えば発熱素子型や圧電素子型を含む。

発熱素子型においては、インク流路に設けられた発熱体がインク中に気泡を発生させる。これにより、気泡によって押されたインクがノズルから吐出する。圧電素子型においては、圧電素子が変形することでインク室に貯蔵されたインクに圧力変化を生じさせる。これにより、加圧されたインクがノズルから吐出する。

圧電素子（ピエゾ素子）は、電気−機械変換素子である。圧電素子は、電界を加えられると、伸張または剪断変形を起こす。代表的な圧電素子は、チタン酸ジルコン酸鉛である。

圧電性材料を含むノズルプレートを用いたインクジェットヘッドが、圧電素子型の一例である。当該インクジェットヘッドのノズルプレートは、例えば、インクを吐出させるノズルを備える圧電体膜と、前記ノズルを囲むように前記圧電体膜の両面に形成された金属電極膜と、を有するアクチュエータを備える。

上記インクジェットヘッドは、前記ノズルに接続された圧力室を有する。インクは、圧力室とノズルプレートのノズルとに流入する。ノズルに流入したインクは、ノズル内でメニスカスを形成してノズル内に維持される。ノズル周囲にある二つの電極に駆動波形（電圧）を印加すると、当該電極を介して分極の方向と同方向の電界が圧電体膜に印加される。これにより、アクチュエータは電界方向と直交する方向に伸縮する。この伸縮を利用してノズルプレートが変形する。ノズルプレートが変形することで圧力室内のインクに圧力変化が発生し、ノズル内のインクが吐出する。

特開２０１２−７１５８７号公報

上記インクジェットヘッドにおいて、圧力室内に気泡が存在すると、インクの圧力変化が妨げられる。気泡は、例えば、インク吐出時にノズルから外部空気が吸い込まれて（巻き込まれて）生じたり、圧力室に供給される時点でインクに含有されていたりする。気泡によってインク吐出不能となった場合、インクジェットヘッドの駆動動作を停止させ、圧力室内のインクを入れ替えるメンテナンス作業をすることで気泡の除去が行われる。

本発明の目的は、インクの不吐出を抑制できるインクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置を提供することにある。

一つの実施の形態に係るインクジェットヘッドは、基材と、ノズルプレートと、第１の電極と、圧電体と、第２の電極と、インク供給部材とを備える。圧力室が前記基材の一方の端部から他方の端部に亘って設けられる。前記ノズルプレートは、前記基材の一方の端部にあって前記圧力室を塞ぐ振動板と、前記圧力室に連通するノズルとを有する。前記第１の電極は、前記圧力室の反対側で前記振動板上にある。前記圧電体は、前記第１の電極に重なり、前記振動板を変形させることで前記圧力室の容積を変化させる。前記第２の電極は前記圧電体に重なる。前記インク供給部材は、前記基材の他方の端部にあって前記圧力室に開口する第１の接続口と、前記第１の接続口を囲んで前記圧力室に開口する第２の接続口と、を有する。前記第１の接続口および前記第２の接続口のいずれか一方が前記圧力室にインクを供給する。前記第１の接続口および前記第２の接続口のいずれか他方が前記圧力室のインクを排出する。

第１の実施の形態に係るインクジェットプリンタを示す断面図。 第１の実施形態の画像形成装置を示す斜視図。 第１の実施形態のインクジェットヘッドを示す平面図。 第１の実施形態のインクジェットヘッドを図３のＦ４−Ｆ４線に沿って示す断面図。 第１の実施形態のインク供給部材を示す平面図。 第２の実施の形態に係るインクジェットヘッドを示す断面図。 第３の実施の形態に係るインクジェットヘッドを示す断面図。 第４の実施の形態に係るインクジェットヘッドを示す斜視図。 第４の実施形態のインクジェットヘッドを示す断面図。 第５の実施の形態に係るインクジェットヘッドを示す斜視図。 第５の実施形態のインクジェットヘッドを示す断面図。

以下に、第１の実施の形態について、図１から図５を参照して説明する。なお、複数の表現が可能な各要素に、一つ以上の他の表現の例を付すことがある。しかし、これは、他の表現が付されない要素について異なる表現がされることを否定するものではないし、例示されない他の表現がされることを制限するものでもない。

図１は、第１の実施の形態に係るインクジェットプリンタ１を示す断面図である。インクジェットプリンタ１は、インクジェット記録装置の一例である。なお、インクジェット記録装置はこれに限らず、複写機のような他の装置であっても良い。

図１に示すように、インクジェットプリンタ１は、例えば、記録媒体である記録紙Ｐを搬送しながら画像形成等の各種処理を行う。インクジェットプリンタ１は、筐体１０と、給紙カセット１１と、排紙トレイ１２と、保持ローラ（ドラム）１３と、搬送装置１４と、保持装置１５と、画像形成装置１６と、除電剥離装置１７と、反転装置１８と、クリーニング装置１９とを備える。

給紙カセット１１は、複数の記録紙Ｐを収容して、筐体１０内に配置される。排紙トレイ１２は、筐体１０の上部にある。インクジェットプリンタ１によって画像形成がされた記録紙Ｐは、排紙トレイ１２に排出される。

搬送装置１４は、記録紙Ｐが搬送される経路に沿って配置された複数のガイドおよび複数の搬送ローラを有する。当該搬送ローラは、モータに駆動されて回転することで、記録紙Ｐを給紙カセット１１から排紙トレイ１２まで搬送する。

保持ローラ１３は、導体によって形成された円筒状のフレームと、当該フレームの表面に形成された薄い絶縁層とを有する。前記フレームは接地（グランド接続）される。保持ローラ１３は、その表面上に記録紙Ｐを保持した状態で回転することにより、記録紙Ｐを搬送する。

保持装置１５は、搬送装置１４によって給紙カセット１１から搬出された記録紙Ｐを、保持ローラ１３の表面（外周面）に吸着させて保持させる。保持装置１５は、記録紙Ｐを保持ローラ１３に対して押圧した後、帯電による静電気力で記録紙Ｐを保持ローラ１３に吸着させる。

画像形成装置１６は、保持装置１５によって保持ローラ１３の外面に保持された記録紙Ｐに、画像を形成する。画像形成装置１６は、保持ローラ１３の表面に面する複数のインクジェットヘッド２１を有する。複数のインクジェットヘッド２１は、例えば、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの四色のインクを、それぞれ記録紙Ｐに吐出することで、画像を形成する。

除電剥離装置１７は、画像が形成された記録紙Ｐを、除電することで、保持ローラ１３から剥離する。除電剥離装置１７は、電荷を供給して記録紙Ｐを除電し、記録紙Ｐと保持ローラ１３との間に爪を挿入する。これにより、記録紙Ｐは保持ローラ１３から剥離される。保持ローラ１３から剥離された記録紙Ｐは、搬送装置１４によって、排紙トレイ１２または反転装置１８に搬送される。

クリーニング装置１９は、保持ローラ１３を清浄する。クリーニング装置１９は、保持ローラ１３の回転方向において除電剥離装置１７よりも下流にある。クリーニング装置１９は、回転する保持ローラ１３の表面にクリーニング部材１９ａを当接させ、回転する保持ローラ１３の表面を洗浄する。

反転装置１８は、保持ローラ１３から剥離された記録紙Ｐの表裏面を反転させ、当該記録紙Ｐを再び保持ローラ１３の表面上に供給する。反転装置１８は、例えば記録紙Ｐを前後方向逆にスイッチバックさせる所定の反転経路に沿って記録紙Ｐを搬送することにより、記録紙Ｐを反転させる。

図２は、画像形成装置１６に含まれる一つのインクジェットヘッド２１を分解して示す斜視図である。図３は、インクジェットヘッド２１を示す平面図である。図４は、図３のＦ４−Ｆ４線に沿ってインクジェットヘッド２１の一部を示す断面図である。なお、図２よび図３は、説明のために、本来は隠れる種々の要素を実線で示す。さらに、図面は概略的に実施形態のインクジェットプリンタ１を示すものであり、図面における各寸法は当該実施形態の説明と異なることがある。

図２に示すように、インクジェットプリンタ１は、インクジェットヘッド２１と、インクタンク２３と、制御部２４とを備える。インクジェットプリンタ１は、インクジェット記録装置の一例である。インクジェット記録装置はこれに限らず、複写機のような他の装置であっても良い。

インクジェットヘッド２１は、ノズルプレート１００と圧力室構造体２００と、インク供給部材３００とを備える。圧力室構造体２００は、基材の一例である。インク供給部材３００は、第１のインク流路構造体３０１と、第２のインク流路構造体３５１とを有する。第１のインク流路構造体３０１は、第１の部材の一例である。第２のインク流路構造体３５１は、第２の部材の一例である。圧力室構造体２００は、インク供給部材３００に例えばエポキシ系接着剤で接着する。

ノズルプレート１００は、矩形の板状に形成される。図面に示すように、本明細書において説明の便宜のため、ノズルプレート１００の長手方向をＸ方向、ノズルプレート１００の短手方向をＹ方向、ノズルプレート１００の厚さ方向をＺ方向と定義する。Ｘ，Ｙ，Ｚ方向は互いに直交する。

ノズルプレート１００は、圧力室構造体２００の上に、後述する成膜プロセスによって形成される。このため、ノズルプレート１００は、圧力室構造体２００に固着する。

ノズルプレート１００に、インク吐出用の複数のノズル（オリフィス、インク吐出孔）１０１がある。ノズル１０１は、Ｚ方向に延びる円形の孔である。ノズル１０１の直径は、例えば２０μｍである。なお、ノズル１０１の形状は円形に限らない。

圧力室構造体２００は、例えばシリコンウエハによって矩形の板状に形成される。圧力室構造体２００は、インクジェットヘッド２１の製造過程において、繰り返し加熱および薄膜の成膜がなされる。このため、シリコンウエハは、耐熱性を有し、ＳＥＭＩ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）規格に準じ、平滑化されたものである。圧力室構造体２００の厚さは、例えば５２５μｍである。

なお、圧力室構造体２００は、他の材料によって形成されても良い。例えば、炭化シリコン（ＳｉＣ）ゲルマニウム基板のような他の半導体、セラミックス、樹脂、または金属（合金）のような他の材料によって、圧力室構造体２００が形成されても良い。圧力室構造体２００の材料は、例えば、ノズルプレート１００の膨張係数との差を考慮して、インク吐出圧力発生に影響を生じないものが選択される。利用されるセラミックスは、例えば、アルミナセラミックス、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、またはチタン酸バリウムのような窒化物または酸化物である。利用される樹脂は、例えば、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、またはポリエーテルサルフォンのようなプラスチック材である。利用される金属は、例えば、アルミまたはチタンである。

図４に示すように、圧力室構造体２００は、ノズルプレート１００に面する第１端面２００ａと、第２端面２００ｂと、複数の圧力室２０１とを有する。第１端面２００ａは、基体の一方の端部の一例である。第２端面２００ｂは、基体の他方の端部の一例であり、第１端面２００ａの反対側にある。第１および第２端面２００ａ，２００ｂは、圧力室構造体２００のＺ方向の端面である。第１端面２００ａは平坦に形成され、ノズルプレート１００に固着する。

圧力室２０１は、Ｚ方向に延びる円形の孔である。圧力室２０１は、他の形状に形成されても良い。圧力室２０１の直径は、例えば２００μｍである。圧力室２０１は、圧力室構造体２００の第１端面２００ａから第２端面２００ｂに亘って設けられる。圧力室２０１は、第１端面２００ａに開口する。ノズルプレート１００は、第１端面２００ａに開口する圧力室２０１を塞ぐ。圧力室２０１は、第２端面２００ｂにも開口する。

複数の圧力室２０１は、複数のノズル１０１に対応して配置され、対応するノズル１０１と同一軸上にある。このため、圧力室２０１に、対応するノズル１０１が連通する。

次に、ノズルプレート１００について説明する。図３および図４に示すように、ノズルプレート１００は、上記の複数のノズル１０１と、複数のアクチュエータ１０２と、二つの共有電極端子部１０５と、共有電極１０６と、複数の配線電極端子部１０７と、複数の配線電極１０８と、振動板１０９と、保護膜（絶縁膜）１１３と、撥インク膜１１６とを有する。共有電極１０６は、第１の電極の一例である。配線電極１０８は、第２の電極の一例である。ノズル１０１は、重ねられた振動板１０９および保護膜１１３を貫通する。

振動板１０９は、圧力室構造体２００の第１端面２００ａの上に、矩形の板状に形成される。振動板１０９の厚さは、例えば２μｍである。振動板１０９の厚さは、概ね１μｍから５０μｍの範囲にある。

振動板１０９の材料は、例えば絶縁性材料であるＳｉＯ_２（酸化ケイ素）である。振動板１０９の材料はＳｉＯ_２に限らず、例えば、ＳｉＮ（窒化ケイ素）、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）、ＨｆＯ_２（酸化ハフニウム）、またはＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）であっても良い。振動板１０９の材料の選定は、例えば、耐熱性、絶縁性、熱膨張係数、平滑性、およびインクに対する濡れ性を考慮する。振動板１０９の材料の絶縁性は、インクジェットヘッド２１が導電率の高いインクを使用する場合に、アクチュエータ１０２が駆動したときのインク変質に影響し得る。

振動板１０９は、第１の面５０１と、第２の面５０２とを有する。第１の面５０１は、第１端面２００ａに固着するとともに圧力室２０１を塞ぐ。第２の面５０２は、第１の面５０１の反対側に位置する。アクチュエータ１０２と、共有電極１０６と、配線電極１０８とは、振動板１０９の第２の面５０２の上にある。

複数のアクチュエータ１０２は、複数の圧力室２０１および複数のノズル１０１に対応して配置される。アクチュエータ１０２は、ノズル１０１からインクを吐出させるための圧力を、圧力室２０１に発生させる。

図３に示すように、アクチュエータ１０２は、円環状に形成される。アクチュエータ１０２は、対応するノズル１０１と同一軸上にある。ノズル１０１は、アクチュエータ１０２の内側に位置する。

より高密度にノズル１０１を配置するために、ノズル１０１は千鳥状（互い違い）に配置される。言い換えると、Ｘ方向において複数のノズル１０１が直線状に並ぶ。Ｙ方向において、二つの直線状のノズル１０１の列がある。Ｘ方向において、隣接するノズル１０１の中心間距離は、例えば３４０μｍである。Ｙ方向において、ノズル１０１の二つの列の配置間隔は、例えば２４０μｍである。

図４に示すように、アクチュエータ１０２は、圧電体膜１１１と、共有電極１０６の電極部分１０６ａと、配線電極１０８の電極部分１０８ａと、絶縁膜１１２とをそれぞれ有する。圧電体膜１１１は、圧電体の一例である。

圧電体膜１１１は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）によって形成された膜である。なお、圧電体膜１１１はこれに限らず、例えば、ＰＴＯ（ＰｂＴｉＯ_３：チタン酸鉛）、ＰＭＮＴ（Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３）、ＰＺＮＴ（Ｐｂ（Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３）、ＺｎＯ、またはＡｌＮのような種々の材料によって形成されても良い。

圧電体膜１１１は、円環状に形成される。圧電体膜１１１は、ノズル１０１および圧力室２０１と同一軸上にある。圧電体膜１１１は、ノズル１０１を囲む。圧電体膜１１１の外径は、例えば１４４μｍである。圧電体膜１１１の内径は、例えば３０μｍである。

圧電体膜１１１の厚さは、例えば２μｍである。圧電体膜１１１の厚さは、圧電特性と絶縁破壊電圧などによって決定される。圧電体膜１１１の厚さは、概ね０．１μｍから５μｍの範囲である。

圧電体膜１１１は、配線電極１０８の電極部分１０８ａと、共有電極１０６の電極部分１０６ａとの間にある。言い換えると、圧電体膜１１１に、配線電極１０８の電極部分１０８ａと、共有電極１０６の電極部分１０６ａとが重なる。

成膜された圧電体膜１１１は、その厚み方向（Ｚ方向）に分極を発生させる。配線電極１０８および共有電極１０６の電極部分１０６ａ，１０８ａは、当該分極の方向と同方向（Ｚ方向）の電界を圧電体膜１１１に印加する。このとき、アクチュエータ１０２は電界方向と直交する方向（Ｘ，Ｙ方向）に伸縮する。アクチュエータ１０２の伸縮により、振動板１０９が、ノズルプレート１００の厚み方向（Ｚ方向）に変形する。これにより、圧力室２０１内のインクに圧力変化が生じる。

アクチュエータ１０２に含まれる圧電体膜１１１の動作についてさらに説明する。圧電体膜１１１は膜厚に対して直交する方向（面内方向、Ｘ，Ｙ方向）に収縮または伸張する。

圧電体膜１１１が収縮すると、圧電体膜１１１が結合された振動板１０９は、圧力室２０１の容積を増大させる方向へ湾曲する。この圧力室２０１を拡張する振動板１０９の湾曲は、圧力室２０１内に貯留されたインクに負圧力を発生させる。発生した負圧により、インクがインク供給部材３００から圧力室２０１内に供給される。

圧電体膜１１１が伸張すると、圧電体膜１１１に結合された振動板１０９は、圧力室２０１の容積を減少させる方向へ湾曲する。この振動板１０９の圧力室２０１方向への湾曲は、圧力室２０１内に貯留されたインクに正圧力を発生させる。発生した正圧により、ノズル１０１からインク滴が吐出する。インクの吐出方向は、Ｚ方向である。圧力室２０１の容積が増大または縮小するとき、ノズル１０１近傍の振動板１０９の一部は、圧電体膜１１１の変形によって、インクが吐出する方向に変形する。言い換えれば、インクを吐出させるアクチュエータ１０２はベンディングモードで動作する。

配線電極１０８の電極部分１０８ａは、圧電体膜１１１に繋がる二つの電極の一方である。配線電極１０８の電極部分１０８ａは、圧電体膜１１１よりも大きい円環状に形成され、圧電体膜１１１の吐出側（インクジェットヘッド２１の外に向く側）にある。

電極部分１０８ａの外径は、例えば１４８μｍである。電極部分１０８ａの内径は、例えば２６μｍである。このため、電極部分１０８ａの内周部分は、ノズル１０１から離れる。

共有電極１０６の電極部分１０６ａは、圧電体膜１１１に繋がる二つの電極の一方である。共有電極１０６の電極部分１０６ａは、圧電体膜１１１よりも小さい円環状に形成され、振動板１０９の第２の面５０２にある。電極部分１０６ａの外径は、例えば１４０μｍである。電極部分１０６ａの内径は、例えば３４μｍである。

絶縁膜１１２は、圧電体膜１１１が形成された領域の外側において、共有電極１０６と配線電極１０８との間に介在する。このため、共有電極１０６と配線電極１０８との間は、圧電体膜１１１または絶縁膜１１２によって隔てられる。絶縁膜１１２は、例えばＳｉＯ_２によって形成される。絶縁膜１１２の材料は、他の絶縁性材料であっても良い。絶縁膜１１２の厚みは、例えば０．２μｍである。

図２に示すように、制御部２４は、例えばフレキシブルケーブルを介して、インクジェットヘッド２１に接続される。制御部２４は、例えば、インクジェットヘッド２１を制御するＩＣである。

配線電極端子部１０７は、配線電極１０８の端部にある。配線電極端子部１０７は、例えば上記フレキシブルケーブルを介して制御部２４に接続され、アクチュエータ１０２を駆動させるための信号を伝送する。

共有電極端子部１０５は、振動板１０９の第２の面５０２にある。共有電極端子部１０５は、共有電極１０６の端部にあり、例えばＧＮＤ（グランド接地＝０Ｖ）に接続される。

配線電極１０８は、対応するアクチュエータ１０２の圧電体膜１１１に個別に繋がり、アクチュエータ１０２を駆動するための信号を伝送する。配線電極１０８は、圧電体膜１１１を独立に動作させる個別電極である。複数の配線電極１０８は、上記の電極部分１０８ａと、配線部と、上記の配線電極端子部１０７とをそれぞれ有する。

配線電極１０８の配線部は、電極部分１０８ａから配線電極端子部１０７に向かってＹ方向に延びる。配線電極１０８の電極部分１０８ａは、ノズル１０１と同一軸上に位置する。電極部分１０８ａの内周部分は、ノズル１０１から僅かに離れる。

複数の配線電極１０８は、Ｐｔ（白金）の薄膜によって形成される。なお、配線電極１０８は、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｇ（銀）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）、またはＡｕ(金)のような他の材料によって形成されても良い。配線電極１０８の厚さは、例えば０．５μｍである。複数の配線電極１０８の膜厚は、概ね０．０１μｍから１μｍである。

共有電極１０６は、複数の圧電体膜１１１に繋がる。共有電極１０６は、上記の複数の電極部分１０６ａと、複数の配線部と、上記の二つの共有電極端子部１０５とを有する。

共有電極１０６の配線部は、電極部分１０６ａから配線電極１０８の配線部の反対側に延びる。共有電極１０６の配線部は、図３に示すノズルプレート１００のＹ方向端部で合体し、ノズルプレート１００のＸ方向両端部に沿って延びる。電極部分１０６ａは、ノズル１０１と同一軸上にある。共有電極端子部１０５は、ノズルプレート１００のＸ方向両端にそれぞれある。

共有電極１０６は、Ｐｔ（白金）／Ｔｉ(チタン)薄膜によって形成される。共有電極１０６は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、またはＡｕのような他の材料によって形成されても良い。共有電極１０６の厚さは、例えば０．５μｍである。共有電極１０６の厚さは、概ね０．０１μｍから１μｍである。

配線電極１０８および共有電極１０６のそれぞれの配線部の幅は、例えば８０μｍである。幾つかの配線電極１０８の配線部は、並んだ二つのアクチュエータ１０２の間を通る。

図４に示すように、保護膜１１３は、振動板１０９の第２の面５０２上にある。保護膜１１３は、例えば、絶縁性を有するポリイミドによって形成される。保護膜１１３はこれに限らず、樹脂、セラミックス、または金属（合金）のような他の材料によって形成されても良い。利用される樹脂は、例えば、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、またはポリエーテルサルフォンなどのプラスチック材である。利用されるセラミックスは、例えば、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、またはチタン酸バリウムなどの窒化物または酸化物である。利用される金属は、例えば、アルミ、ＳＵＳ、またはチタンである。

保護膜１１３の材料は、振動板１０９の材料とヤング率が大きく異なる。材料のヤング率と板厚とは、板状の部材の変形量に影響する。一定の力がかかった場合、ヤング率が小さい程、そして板厚が薄い程、変形量が大きい。振動板１０９を形成するＳｉＯ_２のヤング率は８０．６ＧＰａ、保護膜１１３を形成するポリイミドのヤング率は４ＧＰａである。振動板１０９と保護膜１１３とのヤング率の差は７６．６ＧＰａである。

保護膜１１３の厚さは、例えば４μｍである。保護膜１１３の厚さは、概ね１μｍから５０μｍの範囲にある。保護膜１１３は、振動板１０９の第２の面５０２と、共有電極１０６と、配線電極１０８と、圧電体膜１１１とを覆う。

撥インク膜１１６は、保護膜１１３の表面１１３ａを覆う。撥インク膜１１６は、撥液性を有するシリコーン系撥液材料によって形成される。なお、撥インク膜１１６は、フッ素含有系有機材料のような他の材料によって形成されても良い。撥インク膜１１６の厚さは、例えば１μｍである。撥インク膜１１６は、共有電極端子部１０５および配線電極端子部１０７の周辺の保護膜１１３を覆わずに露出させる。

図２に示すように、第１のインク流路構造体３０１は、第１の固定面３０２と、第１のインク流路３０３と、複数の筒部３０４と、複数のスペーサ３０５と、を有する。第１の固定面３０２は、固定面の一例である。図４に示すように、第１のインク流路構造体３０１は、第２の固定面３０６をさらに有する。第２の固定面３０６は、第１の固定面３０２の反対側にある。

第１のインク流路構造体３０１は、例えばステンレスによって矩形の板状に形成される。第１の固定面３０２は、圧力室構造体２００の第２端面２００ｂに、例えばエポキシ系接着剤で接着する。

第１のインク流路３０３は、第１の固定面３０２に設けられた溝である。第１のインク流路３０３は、Ｘ方向に延びる。第１のインク流路３０３は、全ての圧力室２０１を囲む。第１のインク流路３０３の深さは、例えば１ｍｍである。

複数の筒部３０４は、第１のインク流路３０３の底面３０３ａから突出する。第１のインク流路３０３の底面３０３ａは、圧力室構造体２００の第２端面２００ｂに面する。

筒部３０４は、円筒形状に形成される。なお、筒部３０４はこれに限らず、例えば断面が多角形の筒状に形成されても良い。筒部３０４の内径は、例えば１２０μｍである。筒部３０４の外形は、例えば１６０μｍである。

複数の筒部３０４は、複数の圧力室２０１に対応して配置される。筒部３０４は、対応する圧力室２０１と同一軸上にある。図４に示すように、筒部３０４の一部は、対応する圧力室２０１の中にある。筒部３０４は、圧力室２０１の中央にある。

第２の固定面３０６から筒部３０４の先端３０４ａまでの距離は、例えば４ｍｍである。第１の固定面３０２から筒部３０４の先端３０４ａまでの距離は、例えば４７５μｍである。

筒部３０４の先端３０４ａは、振動板１０９の第１の面５０１に面する。筒部３０４の先端３０４ａから振動板１０９の第１の面５０１までの距離は、例えば５０μｍである。筒部３０４の先端３０４ａから振動板１０９の第１の面５０１までの距離は、おおよそ５０μｍから１００μｍの範囲にある。

筒部３０４の内周面は、第１の接続口３０７を形成する。言い換えると、第１の接続口３０７は、筒部３０４の内側にある。第１の接続口３０７は、筒部３０４の先端３０４ａから、第２の固定面３０６に亘って設けられる。第１の接続口３０７は、圧力室２０１に開口する。

図２に示すように、複数のスペーサ３０５は、二つの筒部３０４の列の間で、一列に並んで配置される。スペーサ３０５は、第１のインク流路３０３の底面３０３ａから突出する。第１のインク流路３０３の底面３０３ａからスペーサ３０５の先端までの距離は、例えば１ｍｍであり、第１のインク流路３０３の深さと等しい。スペーサ３０５の先端は、圧力室構造体２００の第２端面２００ｂに当接する。

第１のインク流路３０３の一方の端部に、接続孔３０８がある。接続孔３０８は、第１のインク流路３０３の他の場所にあっても良い。接続孔３０８は、第１のインク流路３０３の底面３０３ａから、第２の固定面３０６に亘って設けられる。

第２のインク流路構造体３５１は、第３の固定面３５２と、インク供給口３５３と、インク回収口３５４と、一対の第２のインク流路３５５とを有する。第２のインク流路構造体３５１は、例えばステンレスによって矩形の板状に形成される。第３の固定面３５２は、第１のインク流路構造体３０１の第２の固定面３０６に、例えばエポキシ系接着剤で接着する。

第１および第２のインク流路構造体３０１，３５１の材料は、ステンレスに限定されない。第１および第２のインク流路構造体３０１，３５１はノズルプレート１００との膨張係数の差を考慮して、インク吐出圧力発生に影響しない範囲で、セラミックス、樹脂、または金属（合金）のような他の材料によって形成されても良い。利用されるセラミックスは、例えば、アルミナセラミックス、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、またはチタン酸バリウムのような窒化物または酸化物である。利用される樹脂は、例えば、ＡＢＳ、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、またはポリエーテルサルフォンのようなプラスチック材である。利用される金属は、例えば、アルミまたはチタンである。

インク供給口３５３は、Ｘ方向における第２のインク流路構造体３５１の一方の端部にある。インク供給口３５３は、第２のインク流路構造体３５１の厚さ方向（Ｚ方向）に延びる円形の孔である。インク供給口３５３は、第３の固定面３５２に開口する。第１のインク流路構造体３０１が、第３の固定面３５２に開口したインク供給口３５３を塞ぐ。

インク供給口３５３は、例えばチューブのような経路を通じて、インクタンク２３に接続される。インクタンク２３に収容されたインクは、例えば圧力制御によって、インク供給口３５３に供給される。

インク回収口３５４は、Ｘ方向における第２のインク流路構造体３５１の他方の端部にある。インク供給口３５３およびインク回収口３５４の配置は、第２のインク流路構造体３５１の両端に限らない。インク供給口３５３およびインク回収口３５４は、例えば、第２のインク流路構造体３５１の一方の端部に揃って位置したり、第２のインク流路構造体３５１の中央部に揃って位置したりしても良い。

インク回収口３５４は、第２のインク流路構造体３５１の厚さ方向（Ｚ方向）に延びる円形の孔である。インク回収口３５４は、第３の固定面３５２に開口する。インク回収口３５４の直径は、インク供給口３５３の直径と等しくても良いし、異なっても良い。

インク回収口３５４は、第１のインク流路構造体３０１の接続孔３０８に対応して配置される。インク回収口３５４は、接続孔３０８に連通する。インク回収口３５４は、接続孔３０８を通じて第１のインク流路３０３に接続される。

インク回収口３５４は、例えばチューブのような経路を通じて、インクタンク２３に接続される。第１のインク流路３０３に流入するインクは、例えば圧力制御によって、インク回収口３５４を通ってインクタンク２３に回収される。

一対の第２のインク流路３５５は、第３の固定面３５２に設けられた溝である。一対の第２のインク流路３５５は、Ｘ方向に平行に延びている。第２のインク流路３５５の深さは、例えば１ｍｍである。

第２のインク流路３５５の一方の端部は、インク供給口３５３に接続される。このため、インクタンク２３からインク供給口３５３に供給されたインクは、一対の第２のインク流路３５５に流入する。

図５は、インク供給部材３００を示す平面図である。図５において、複数の圧力室２０１が二点鎖線で示される。図５に示すように、一対の第２のインク流路３５５は、二列に並ぶ複数の筒部３０４に対応して配置される。一対の第２のインク流路３５５は、複数の筒部３０４の第１の接続口３０７に接続される。図４に示すように、第１の接続口３０７は、圧力室２０１を第２のインク流路３５５に接続する。

図４および図５に示すように、インク供給部材３００は、複数の第２の接続口３０９を有する。第２の接続口３０９は、筒部３０４の外周面と、圧力室２０１の内周面とによって形成される。言い換えると、第２の接続口３０９は、筒部３０４の外周面と、圧力室２０１の内周面との間にある。

図５に示すように、第２の接続口３０９は、第１の接続口３０７を囲む。図４に示すように、第２の接続口３０９は、圧力室２０１に開口する。第２の接続口３０９は、圧力室２０１の外周部分にある。第２の接続口３０９は、第１のインク流路３０３に接続される。第２の接続口３０９は、圧力室２０１を第１のインク流路３０３に接続する。

第１の接続口３０７の面積は、第２の接続口３０９の面積と等しい。なお、第１および第２の接続口３０７，３０９の面積は、これに限らない。第１および第２の接続口３０７，３０９の各面積は、筒部３０４が圧力室２０１の中心軸からずれたとしても、変わらず一定である。

上述したように、筒部３０４の先端３０４ａから、振動板１０９の第１の面５０１までの距離は５０μｍである。圧力室２０１の直径は、２００μｍである。圧力室２０１の直径は、圧力室２０１の幅である。筒部３０４の先端３０４ａから振動板１０９の第１の面５０１までの距離は、圧力室２０１の幅よりも短い。なお、筒部３０４の先端３０４ａから、振動板１０９の第１の面５０１までの距離が、圧力室２０１の平面方向（Ｘ，Ｙ方向）の長さ以上であっても良い。

本実施形態において、圧力室２０１の幅は、ＸＹ平面における圧力室２０１の最も短い長さと定義される。例えば、圧力室２０１が長方形の孔である場合、当該長方形の短辺の長さが圧力室２０１の幅である。

インクタンク２３のインクは、インク供給口３５３を通り、一対の第２のインク流路３５５に流入する。図４の矢印で示すように、一対の第２のインク流路３５５に供給されたインクは、第１の接続口３０７を通って、各圧力室２０１に流入する。言い換えると、第１の接続口３０７は、圧力室２０１にインクを供給する。

圧力室２０１にインクが充填され、ノズル１０１にインクのメニスカスが形成される。圧力室２０１のインクは、第２の接続口３０９から、第１のインク流路３０３に流出する。言い換えると、第２の接続口３０９は、圧力室２０１のインクを排出する。第１のインク流路３０３のインクは、接続孔３０８およびインク回収口３５４を通って、インクタンク２３に回収される。

上記のように、インクジェットプリンタ１において、インクは、インクジェットヘッド２１とインクタンク２３との間で循環する。圧力室２０１において、インクは第１の接続口３０７から第２の接続口３０９へ常に流れている。このため、圧力室２０１のインクは絶えず入れ替えられる。なお、インクジェットプリンタ１は、圧力室２０１におけるインクの流れが層流となるように、インクの流速を制御する。

インク不吐出時（待機時）において、インクジェットプリンタ１は、ノズル１０１内にインクのメニスカスを保つように、循環するインクの圧力を制御する。説明のため、圧力室２０１内のノズル１０１近傍におけるインクの圧力をＰ１、第２のインク流路３５５におけるインクの圧力をＰ２、第１のインク流路３０３におけるインクの圧力をＰ３とする。インクジェットプリンタ１は、インクジェットヘッド２１におけるインクの圧力を、Ｐ２＞Ｐ１＞Ｐ３となるように制御する。また、当該制御は、圧力Ｐ１を、大気圧に対してやや負圧にする。

第１および第２の接続口３０７，３０９においてインクの流れに抵抗が生じるため、圧力室２０１と、第１のインク流路３０３と、第２のインク流路３５５とで圧力差が生じる。このため、インクジェットプリンタ１は、圧力室２０１内のインク圧力を、第１のインク流路３０３内より高く、第２のインク流路３５５内より低くする。

上記インクの圧力制御は、例えば、インクジェットヘッド２１とインクタンク２３との間のインク経路に圧力調整用のタンクを設け、ポンプや弁によって当該タンクの圧力を調整することで行われる。なお、インクの圧力制御の方法はこれに限らない。

上述のインクジェットヘッド２１は、次のように印字（画像形成）を行う。図２に示すインクタンク２３から、インクが第２のインク流路構造体３５１のインク供給口３５３に供給される。インクは、第２のインク流路３５５および第１の接続口３０７を通って、圧力室２０１に供給される。圧力室２０１に供給されたインクは、対応するノズル１０１内に供給され、ノズル１０１にメニスカスを形成する。インクジェットプリンタ１は、インク供給口３５３から供給されるインクを適切な負圧にし、ノズル１０１内のインクを漏れないようにノズル１０１内に保つ。

例えばユーザの操作により、制御部２４に印字指示信号が入力される。印字指示を受けた制御部２４は、配線電極１０８を介して、アクチュエータ１０２に信号を出力する。言い換えると、制御部２４は、配線電極１０８の電極部分１０８ａに駆動電圧を印加する。これにより、圧電体膜１１１に分極方向と同方向（Ｚ方向）の電界が印加され、アクチュエータ１０２が電界方向と直交する方向（Ｘ，Ｙ方向）に伸縮する。

アクチュエータ１０２は、振動板１０９と保護膜１１３に挟まれる。このため、アクチュエータ１０２がＸ，Ｙ方向に伸びた場合、振動板１０９に、圧力室２０１側に対して凹形状に変形する力がかかる。反対に、保護膜１１３に、圧力室２０１側に対して凸形状に変形する力がかかる。

アクチュエータ１０２がＸ，Ｙ方向に縮んだ場合、振動板１０９に、圧力室２０１側に対して凸形状に変形する力がかかる。また、保護膜１１３に、圧力室２０１側に対して凹形状に変形する力がかかる。

保護膜１１３を形成するポリイミド膜は、振動板１０９を形成するＳｉＯ_２膜よりヤング率が小さい。このため、同じ力に対して保護膜１１３の方が変形量は大きい。アクチュエータ１０２がＸ，Ｙ方向に伸びた場合、ノズルプレート１００は圧力室２０１側に対して凸形状に変形する。これにより、圧力室２０１の容積が縮小する（保護膜１１３が圧力室２０１側に対して凸形状に変形する量の方が大きいため）。

反対に、アクチュエータ１０２がＸ，Ｙ方向に縮んだ場合、ノズルプレート１００は圧力室２０１側に対して凹形状に変形する。これにより、圧力室２０１の容積が拡大する（保護膜１１３が圧力室２０１側に対して凹形状に変形する量の方が大きいため）。

振動板１０９が変形して圧力室２０１の容積が増減すると、圧力室２０１のインクに圧力変化が生じる。当該圧力変化によって、ノズル１０１内のインクが吐出する。

振動板１０９と保護膜１１３のヤング率の差が大きい程、一定の電圧をアクチュエータ１０２に印加した際の振動板１０９の変形量が大きくなる。そのため、振動板１０９と保護膜１１３のヤング率の差が大きいほど、より低い電圧でのインク吐出が可能となる。

振動板１０９と保護膜１１３との膜厚およびヤング率が同じ場合、アクチュエータ１０２に電圧印加しても、振動板１０９と保護膜１１３は正反対の方向に同じ量変形する力がかかる。このため、振動板１０９は変形しない。

なお、上述したように、材料のヤング率だけでなく、板厚も板材の変形量に影響する。そのため、振動板１０９と保護膜１１３の変形量に差をつける場合は、材料のヤング率だけでなく、それぞれの膜厚も考慮される。振動板１０９と保護膜１１３の材料のヤング率が同じでも、膜厚に違いがあれば、駆動させる電圧は高くなるが、インク吐出は可能である。

次に、インクジェットヘッド２１の製造方法の一例について説明する。まず、圧力室２０１が形成される前の圧力室構造体２００（シリコンウエハ）の第１端面２００ａの全域に、振動板１０９を形成するＳｉＯ_２膜を成膜する。当該ＳｉＯ_２膜は、ＣＶＤ法によって成膜される。

次に、振動板１０９の第２の面５０２に、共有電極１０６を形成する金属膜を成膜する。まず、スパッタリング法を用いてＴｉとＰｔとを順番に成膜する。Ｔｉの膜厚は例えば０．４５μｍ、Ｐｔ膜厚は例えば０．０５μｍである。なお、金属膜は、蒸着または鍍金のような他の製法によって形成されても良い。

上記金属膜を成膜した後に、パターニングによって、共有電極１０６を形成する。パターニングは、電極膜上にエッチングマスクを作り、エッチングマスク以外の電極材料をエッチングによって除去することで行う。

共有電極１０６の電極部分１０６ａの中心にノズル１０１が形成されるため、電極部分１０６ａの中心と同心円の電極膜がない部分が形成される。共有電極１０６をパターニングすることで、共有電極１０６の電極部分１０６ａ、配線部、および共有電極端子部１０５以外では、振動板１０９が露出する。

次に、共有電極１０６上に圧電体膜１１１を形成する。圧電体膜１１１は、例えばＲＦマグネトロンスパッタリング法により基板温度３５０℃で成膜される。圧電体膜１１１は、成膜後、圧電体膜１１１に圧電性を付与するために、５００℃で３時間熱処理される。これにより、圧電体膜１１１は良好な圧電性能を得る。圧電体膜１１１は、例えば、ＣＶＤ（化学的気相成長法）、ゾルゲル法、ＡＤ法（エアロゾルデポジション法）、または水熱合成法のような他の製法によって形成されても良い。圧電体膜１１１を、エッチングによってパターニングする。

圧電体膜１１１の中心にノズル１０１が形成されるため、圧電体膜１１１と同心円の圧電体膜がない部分が形成される。圧電体膜１１１のない部分では、振動板１０９が露出する。圧電体膜１１１は、共有電極１０６の電極部分１０６ａを覆う。

次に、圧電体膜１１１の一部と共有電極１０６の一部との上に、絶縁膜１１２を形成する。絶縁膜１１２は、良好な絶縁性を低温成膜にて実現できるＣＶＤ法によって形成される。絶縁膜１１２は、成膜後にパターニングされる。パターニング加工バラツキによる不具合を抑制するため、絶縁膜１１２は圧電体膜１１１を一部のみ覆う。絶縁膜１１２は、圧電体膜１１１の変形量を阻害しないように圧電体膜１１１を覆う。

次に、振動板１０９、圧電体膜１１１、および絶縁膜１１２の上に、配線電極１０８を形成する金属膜を成膜する。当該金属膜は、スパッタリング法によって成膜される。金属膜は、真空蒸着または鍍金のような他の製法によって形成されても良い。

上記金属膜をパターニングすることで、配線電極１０８を形成する。パターニングは、電極膜上にエッチングマスクを作り、エッチングマスク以外の電極材料をエッチングによって除去することで行う。

配線電極１０８の電極部分１０８ａの中心にノズル１０１が形成されるため、配線電極１０８の電極部分１０８ａの中心と同心円の電極膜がない部分が形成される。配線電極１０８の電極部分１０８ａは、圧電体膜１１１を覆う。

次に、振動板１０９のＳｉＯ_２膜をパターニングし、ノズル１０１の一部を形成する。パターニングは、ＳｉＯ_２膜上にエッチングマスクを作り、エッチングマスク以外のＳｉＯ_２膜をエッチングによって除去することで行う。

エッチングマスクは、感光性レジストを振動板１０９の上に塗布した後に、プリベークを行い、所望のパターンが形成されたマスクを用いて露光し、現像し、ポストベークを行って形成される。

次に、振動板１０９の第２の面５０２の上に、保護膜１１３がスピンコーティング法によって成膜される。保護膜１１３は、例えば、ＣＶＤ、真空蒸着、または鍍金のような他の方法によって形成されても良い。

次に、保護膜１１３をパターニングすることによって、ノズル１０１を形成する。振動板１０９に設けられた複数のノズル１０１の一部に連通する複数の孔を保護膜１１３に設けることで、ノズル１０１が形成される。さらに、パターニングによって、共有電極端子部１０５と、配線電極端子部１０７とを露出させる。

例えば、ポリイミド前駆体を含有した溶液をスピンコーティング法によって成膜する。ベークによって熱重合と溶剤除去を行って当該溶液を焼成成形する。その後、ポリイミド膜上にエッチングマスクを作り、エッチングマスク以外のポリイミド膜をエッチングによって除去することで、パターニングがなされる。エッチングマスクは、感光性レジストをポリイミド膜上に塗布した後に、プリベークを行い、所望のパターンが形成されたマスクを用いて露光し、現像し、ポストベークを行って形成される。

次に、保護膜１１３の上にカバーテープを貼り付ける。カバーテープは、例えば、シリコンウエハの化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）用の裏面保護テープである。カバーテープが貼り付けられた圧力室構造体２００を上下反転し、圧力室構造体２００に複数の圧力室２０１を形成する。圧力室２０１は、パターニングによって形成される。

シリコンウエハである圧力室構造体２００上にエッチングマスクを作り、シリコン基板専用のいわゆる垂直深堀ドライエッチングを用いて、エッチングマスク以外のシリコンウエハを除去する。これにより、圧力室２０１が形成される。

上記エッチングに用いられるＳＦ６ガスは、振動板１０９のＳｉＯ_２膜や保護膜１１３のポリイミド膜に対してはエッチング作用を及ぼさない。そのため、圧力室２０１を形成するシリコンウエハのドライエッチングの進行は、振動板１０９で止まる。

なお、上述のエッチングは、薬液を用いるウェットエッチング法、またはプラズマを用いるドライエッチング法のような、種々の方法であっても良い。絶縁膜、電極膜、圧電体膜などの材料によって、エッチング方法やエッチング条件を変えて良い。各感光性レジスト膜によるエッチング加工が終了した後、残った感光性レジスト膜は溶解液によって除去される。

次に、第１のインク流路構造体３０１に第２のインク流路構造体３５１を接着し、インク供給部材３００を形成する。圧力室構造体２００に、インク供給部材３００を接着する。このとき、筒部３０４が対応する圧力室２０１に挿入される。圧力室構造体２００にインク供給部材３００を貼り付けることで、複数の第２の接続口３０９が形成される。

次に、保護膜１１３にカバーテープを貼り付け、共有電極端子部１０５と配線電極端子部１０７とを覆う。カバーテープは樹脂によって形成され、保護膜１１３から容易に脱着可能である。カバーテープは、共有電極端子部１０５および配線電極端子部１０７に、ゴミや、後述する撥インク膜１１６が付着することを防止する。

次に、保護膜１１３上に撥インク膜１１６を形成する。撥インク膜１１６は、保護膜１１３上に液状の撥インク膜材料をスピンコーティングすることによって成膜される。この際、インク供給口３５３およびインク回収口３５４より陽圧空気を注入する。これにより、第１および第２のインク流路３０３，３５５と繋がったノズル１０１から陽圧空気が排出される。この状態で、液体の撥インク膜材料を塗布すると、ノズル１０１内壁に撥インク膜材料が付着することが抑制される。撥インク膜１１６が形成された後、カバーテープを保護膜１１３から剥がす。

上記工程によって、インクジェットヘッド２１が製造される。インクジェットヘッド２１は、インクジェットプリンタ１の内部に搭載される。配線電極端子部１０７に、例えばフレキシブルケーブルを介して制御部２４が接続される。さらに、インク供給口３５３およびインク回収口３５４が、インクタンク２３に接続される。

第１の実施形態のインクジェットプリンタ１によれば、第１の接続口３０７から圧力室２０１にインクが供給され、第２の接続口３０９から圧力室２０１のインクが排出される。圧力室２０１のインクは、常に入れ替えられる。これにより、圧力室２０１に気泡が発生したとしても、気泡がインクとともに第２の接続口３０９から排出されるため、気泡によるインクの不吐出を抑制できる。

さらに、インクが圧力室２０１内を留まらずに流れることで、ノズル１０１近傍のインクも絶えず入れ替わる。これにより、ノズル１０１内のインクの溶媒が乾燥することで顔料が凝集し、顔料の凝集物がノズル１０１を閉塞する、ということを抑制できる。

このように、気泡および凝集した顔料によるインクの不吐出が抑制されるため、圧力室２０１内のインクを入れ替えるようなメンテナンスが不要となる。したがって、インクジェットプリンタ１の運転効率が向上し、メンテナンス費用が低減できる。

また、圧力室２０１に新しいインクが常に供給されることにより、圧力室２０１内のインク温度を一定に保つことができる。すなわち、インクジェットヘッド２１は、ノズルプレート１００の変形によって発生した熱によるインクの温度上昇を抑制する。これにより、温度変化によるインクの特性変化を抑制できる。

第２の接続口３０９は、第１の接続口３０７を囲む。圧力室２０１に供給されたインクは、第１の接続口３０７から放射状に広がって第２の接続口３０９に流れる。このため、圧力室２０１内のインクの流れの速度分布（ばらつき）が小さくなる。したがって、圧力室２０１内のどこに気泡が発生しても、圧力室２０１における気泡の滞留時間を短縮でき、気泡を早く第２のインク流路３５５へ排出できる。

上述したように、圧力室２０１のノズル１０１近傍におけるインクの圧力Ｐ１は、大気圧に対してやや負圧で、且つＰ２＞Ｐ１＞Ｐ３となるように制御される。第１および第２の接続口３０７，３０９の各面積は互いに等しい。このため、圧力室２０１におけるインクの圧力制御が容易になり、インクの不吐出を抑制できる。

詳しく説明すると、例えば、第１の接続口３０７の面積が第２の接続口３０９の面積よりも小さい場合、圧力室２０１内のインクは第１のインク流路３０３へ引き込まれ易い。これにより、インクのメニスカスの位置が、ノズル１０１から圧力室２０１内まで後退する。

反対に、第２の接続口３０９の面積が第１の接続口３０７の面積よりも小さい場合、圧力室２０１内のインク圧力が高くなる。これにより、インクのメニスカスの位置が、ノズル１０１の外まで前進する。

上記のように第１および第２の接続口３０７，３０９の各面積が異なる場合、圧電体膜１１１により生じる圧力室２０１内の圧力変化が小さくなる。このため、ノズル１０１からインクを吐出させる圧力変化が生じず、インクの不吐出が生じるおそれがある。しかし、第１の実施形態のように、第１および第２の接続口３０７，３０９の各面積が互いに等しいならば、インクの不吐出を抑制できる。

筒部３０４の内周面が第１の接続口３０７を形成し、筒部３０４の外周面と圧力室２０１の内周面とが第２の接続口３０９を形成する。このため、圧力室構造体２００と第１のインク流路構造体３０１との貼り合わせの位置がずれたとしても、第１の接続口３０７の面積と第２の接続口３０９の面積とが等しいままである。したがって、圧力室構造体２００と第１のインク流路構造体３０１との貼り合わせの位置の公差を大きく取ることができる。さらに、インクジェットヘッド２１の歩留まりが向上する。

筒部３０４の先端３０４ａから振動板１０９の第１の面５０１までの距離が、圧力室２０１の幅よりも短い。このため、厚さ方向（Ｚ方向）における圧力室２０１内でのインク流れの速度分布（ばらつき）が抑制される。これにより、圧力室２０１内のどこに気泡が発生しても、圧力室２０１における気泡の滞留時間を短縮でき、気泡を早く第２のインク流路３５５へ排出できる。したがって、圧力室２０１中に気泡が留まることを抑制でき、インクの不吐出を抑制できる。

筒部３０４が圧力室２０１の中にある。このため、圧力室構造体２００の厚さが大きかったとしても、厚さ方向（Ｚ方向）における圧力室２０１内でのインク流れの速度分布（ばらつき）が抑制される。

詳しく述べると、本実施形態において、圧力室２０１のＺ方向の長さ（５２５μｍ）は、圧力室２０１の直径（２００μｍ）よりも長い。しかし、圧力室２０１の中に筒部３０４があることで、筒部３０４の先端３０４ａと振動板１０９の第１の面５０１との間の距離が短くなる（５０μｍ）。このため、厚さ方向（Ｚ方向）における圧力室２０１内でのインク流れの速度のばらつきが小さくなる。したがって、圧力室構造体２００を薄くする必要がなくなり、インクジェットヘッド２１を容易に製造できる。

第１のインク流路３０３にあるスペーサ３０５は、圧力室構造体２００の第２端面２００ｂに当接する。これにより、第１のインク流路構造体３０１が撓んで第１のインク流路３０３の面積が変化することを抑制できる。さらに、第１のインク流路構造体３０１が撓んで筒部３０４の先端３０４ａと振動板１０９の第１の面５０１との間の距離が変化することを抑制できる。

インク供給部材３００は、第１のインク流路３０３および筒部３０４を有する第１のインク流路構造体３０１と、第２のインク流路３５５を有する第２のインク流路構造体３５１とによって形成される。このように、簡単な形状の二つの部材によってインク供給部材３００を作ることができる。したがって、インクジェットヘッド２１の部品点数の増加を抑制し、インクジェットヘッド２１を容易に製造することができる。

次に、図６を参照して、第２の実施の形態について説明する。なお、以下に開示する複数の実施形態において、第１の実施形態のインクジェットプリンタ１と同様の機能を有する構成部分には同一の参照符号を付す。さらに、当該構成部分については、その説明を一部または全て省略することがある。

図６は、第２の実施の形態に係るインクジェットヘッド２１の一部を示す断面図である。図６に示すように、第２の実施の形態において、保護膜１１３のみがノズル１０１を有し、振動板１０９はノズル１０１を有しない。振動板１０９は、複数のノズル外開口６０１を有する。

ノズル外開口６０１の直径は、例えば２６μｍであり、ノズル１０１の直径よりも大きい。ノズル外開口６０１は、ノズル１０１および圧力室２０１と同一軸上にある円形の孔である。ノズル外開口６０１は、圧力室２０１に連通する。

保護膜１１３は、ノズル外開口６０１の内周面を覆う。ノズル外開口６０１の内周面を覆う保護膜１１３の内周面が、ノズル１０１の一部を形成する。ノズル１０１は、ノズル外開口６０１の内側にある。

第２の実施形態のインクジェットヘッド２１によれば、ノズル１０１は保護膜１１３に形成され、振動板１０９に形成されない。これにより、振動板１０９に設けられたノズル１０１の一部と、保護膜１１３に設けられたノズル１０１の一部とに、形状および位置の不均一が生じることを抑制できる。したがって、ノズル１０１の形状が不均一になることを抑制でき、複数のノズル１０１間のインク液滴の着弾位置精度が向上する。

次に、図７を参照して、第３の実施の形態について説明する。図７は、第３の実施の形態に係るインクジェットヘッド２１の一部を示す断面図である。図７に示すように、第３の実施の形態において、振動板１０９のみがノズル１０１を有し、保護膜１１３はノズル１０１を有しない。保護膜１１３は、複数の開口部６０５を有する。

開口部６０５の直径は、例えば３０μｍであり、ノズル１０１の直径よりも大きい。開口部６０５は、ノズル１０１および圧力室２０１と同一軸上にある円形の孔である。開口部６０５は、ノズル１０１に連通する。

撥インク膜１１６が、開口部６０５の内周面を覆う。開口部６０５の内周面を覆う撥インク膜１１６の内周面の直径は、例えば２６μｍであり、ノズル１０１の直径よりも大きい。撥インク膜１１６は、ノズル１０１を囲む振動板１０９の第２の面５０２の一部を覆わずに露出させる。

第３の実施形態のインクジェットヘッド２１によれば、ノズル１０１は振動板１０９に形成され、保護膜１１３に形成されない。これにより、振動板１０９に設けられたノズル１０１の一部と、保護膜１１３に設けられたノズル１０１の一部とに、形状および位置の不均一が生じることを抑制できる。したがって、ノズル１０１の形状が不均一になることを抑制でき、複数のノズル１０１間のインク液滴の着弾位置精度が向上する。

次に、図８および図９を参照して、第４の実施の形態について説明する。図８は、第４の実施の形態に係るインクジェットヘッド２１を分解して示す斜視図である。図９は、第４の実施形態のインクジェットヘッド２１の一部を示す断面図である。図８に示すように、第４の実施形態のノズル１０１は、第１の実施形態と異なり、アクチュエータ１０２の外に配置される。

圧力室２０１の円形断面の中心から離れた位置に、対応するノズル１０１の中心がある。圧力室２０１は、対応するアクチュエータ１０２およびノズル１０１を囲む。このため、ノズル１０１は、圧力室２０１に連通する。

アクチュエータ１０２は、円形状に形成され、対応するノズル１０１とは異なる位置にある。アクチュエータ１０２の中心は圧力室２０１の円形断面の中心から離れた位置にある。なお、アクチュエータ１０２は、圧力室２０１と同一軸上にあっても良い。

第４の実施形態のインクジェットヘッド２１によれば、ノズル１０１がアクチュエータ１０２と異なる位置にある。このため、アクチュエータ１０２の共有電極１０６、圧電体膜１１１、および配線電極１０８の中心に、ノズル１０１を形成するための円形パターニングが不要になる。これにより、パターニングの不良によるインク吐出位置の精度不良を抑制できる。

次に、図１０および図１１を参照して、第５の実施の形態について説明する。図１０は、第５の実施の形態に係るインクジェットヘッド２１を分解して示す斜視図である。図１１は、第５の実施形態のインクジェットヘッド２１の一部を示す断面図である。

図１０に示すように、インク供給部材３００は、第３のインク流路構造体３９０をさらに有する。第３のインク流路構造体３９０は、矩形の板状に形成され、圧力室構造体２００と第１のインク流路構造体３０１との間に介在する。

第３のインク流路構造体３９０は、例えばステンレスによって形成される。図１１に示すように、第３のインク流路構造体３９０は、圧力室構造体２００の第２端面２００ｂと、第１のインク流路構造体３０１の第１の固定面３０２とに、例えばエポキシ系接着剤で接着する。第３のインク流路構造体３９０は、第１のインク流路３０３を覆う。スペーサ３０５は、第３のインク流路構造体３９０に当接する。

第３のインク流路構造体３９０の材料は、ステンレスに限定されない。第３のインク流路構造体３９０はノズルプレート１００との膨張係数の差を考慮して、インク吐出圧力発生に影響しない範囲で、セラミックス、樹脂、または金属（合金）のような他の材料によって形成されても良い。利用されるセラミックスは、例えば、アルミナセラミックス、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、またはチタン酸バリウムのような窒化物または酸化物である。利用される樹脂は、例えば、ＡＢＳ、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、またはポリエーテルサルフォンのようなプラスチック材である。利用される金属は、例えば、アルミまたはチタンである。

第３のインク流路構造体３９０は、複数の外筒部３９１を有する。外筒部３９１は、円筒形状に形成される。複数の外筒部３９１は、複数の圧力室２０１と複数の筒部３０４とに対応して配置される。外筒部３９１は、圧力室構造体２００に向かって突出する。

外筒部３９１の外径は、例えば２００μｍであり、圧力室２０１の内径と等しい。外筒部３９１は、圧力室２０１の中にある。外筒部３９１の外周面は、圧力室２０１の内周面と密接する。

外筒部３９１の内径は、筒部３０４の外径よりも大きい。筒部３０４の一部は、外筒部３９１の中にある。外筒部３９１の内周面と、筒部３０４の外周面とが、第２の接続口３０９を形成する。

外筒部３９１の先端３９１ａと、振動板１０９の第１の面５０１との間の距離は、例えば５０μｍである。外筒部３９１の先端３９１ａは、筒部３０４の先端３０４ａと同一平面上にある。

第５の実施形態のインクジェットヘッド２１によれば、圧力室２０１のインクが第２の接続口３０９から排出され易くなる。このため、圧力室２０１内のどこに気泡が発生しても、圧力室２０１における気泡の滞留時間を短縮でき、気泡を早く第２のインク流路３５５へ排出できる。したがって、圧力室２０１中に気泡が留まることを抑制でき、インクの不吐出を抑制できる。

以上述べた少なくとも一つのインクジェットヘッドによれば、第１の接続口を第２の接続口が囲み、第１および第２の接続口のいずれか一方から圧力室にインクが供給され、いずれか他方から圧力室のインクが排出される。これにより、インクの不吐出を抑制できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、上記実施形態では、第１の接続口３０７から圧力室２０１にインクが供給され、第２の接続口３０９から圧力室２０１のインクが排出される。しかし、第１の接続口３０７から圧力室２０１のインクが排出され、第２の接続口３０９から圧力室２０１にインクが供給されても良い。この場合、インク供給口３５３が第１のインク流路３０３に接続され、インク回収口３５４が第２のインク流路３５５に接続される。

さらに、上記の実施形態では、圧力室構造体２００の上に振動板１０９が作成される。しかし、振動板１０９を圧力室構造体２００の上に作成する代わりに、圧力室構造体２００の一部を振動板として利用しても良い。例えば、圧力室構造体２００の第１端面２００ａにアクチュエータ１０２を形成し、第２端面２００ｂから圧力室２０１に相当する位置に圧力室構造体２００を貫通しない穴を形成する。圧力室構造体２００の第１端面２００ａ側には薄い層が残り、この部分が振動板として動作する。

また、インクジェットヘッド２１は、各圧力室２０１を塞ぐ複数の振動板１０９を有しても良い。当該複数の振動板１０９は、圧力室構造体２００の第１端面２００ａに、例えば接着剤によって固定されても良い。

１…インクジェットプリンタ、２１…インクジェットヘッド、１０１…ノズル、１０６…共有電極、１０８…配線電極、１０９…振動板、１１１…圧電体膜、２００…圧力室構造体、２００ａ…第１端面、２００ｂ…第２端面、２０１…圧力室、３００…インク供給部材、３０３…第１のインク流路、３０３ａ…底面、３０４…筒部、３０４ａ…先端、３０７…第１の接続口、３０９…第２の接続口、３５５…第２のインク流路。

Claims (6)

1. 一方の端部から他方の端部に亘って圧力室が設けられる基材と、
   前記基材の一方の端部にあって前記圧力室を塞ぐ振動板と、前記圧力室に連通するノズルとを有するノズルプレートと、
   前記圧力室の反対側で前記振動板上にある第１の電極と、
   前記第１の電極に重なり、前記振動板を変形させることで前記圧力室の容積を変化させる圧電体と、
   前記圧電体に重なる第２の電極と、
   前記基材の他方の端部にあって、前記圧力室に開口する第１の接続口と、前記第１の接続口を囲んで前記圧力室に開口する第２の接続口と、を有し、前記第１の接続口および前記第２の接続口のいずれか一方が前記圧力室にインクを供給し、前記第１の接続口および前記第２の接続口のいずれか他方が前記圧力室のインクを排出するインク供給部材と、
   を具備することを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記インク供給部材は、前記圧力室の中にある筒部を有し、
   前記第１の接続口は、前記筒部の内側にあり、
   前記第２の接続口は、前記筒部の外周面と前記圧力室の内周面との間にあることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記振動板に面する前記筒部の端部から、前記振動板までの距離は、前記圧力室の幅よりも短いことを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記インク供給部材は、前記第２の接続口に接続する第１のインク流路および前記筒部を有する第１の部材と、前記第１の接続口に接続する第２のインク流路を有する第２の部材と、を有することを特徴とする請求項２または３に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記圧力室の反対側において前記振動板上にあり、前記第１の電極、前記圧電体、および前記第２の電極を覆う保護膜をさらに具備し、
   前記ノズルは、前記振動板および前記保護膜の少なくとも一方に形成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載のインクジェットヘッド。
6. 請求項１ないし５のいずれか一つに記載のインクジェットヘッドと、
   前記圧力室に供給されるインクを収容するインクタンクと、
   前記第１および第２の電極の少なくとも一方に電圧を印加することで、前記圧電体によって前記振動板を変形させ、前記圧力室の容積を変化させる制御部と、
   を具備することを特徴とするインクジェット記録装置。

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