JP2016068537A

JP2016068537A - 液体吐出ヘッド

Info

Publication number: JP2016068537A
Application number: JP2014203693A
Authority: JP
Inventors: 祐志根津; Yushi Nezu
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2014-10-02
Filing date: 2014-10-02
Publication date: 2016-05-09

Abstract

【課題】吐出口近傍の液体を循環させ、かつ吐出口間のクロストークの発生を抑える。
【解決手段】液体吐出ヘッドは、複数の圧力室と少なくとも１つの貫通孔と、を有し、複数の圧力室と貫通孔を液体が流通可能な圧電ブロック体と、液体が吐出する複数の吐出口を有する吐出口形成部材と、圧電ブロック体と吐出口形成部材との間に挟まれた流路形成部材と、を有している。流路形成部材は、圧力室と吐出口とを連絡する複数の液体連通孔７４１，７４３と、貫通孔と液体連通孔７４１，７４３とを連絡する複数の循環流路７４４と、を有し、複数の液体連通孔７４１，７４３は複数の液体連通孔群７４７に区分され、各液体連通孔群７４７はいずれかの循環流路７４４と対応付けられ、対応付けられた循環流路７４４だけと接続されている。
【選択図】図１２

Description

本発明は、圧電素子を備えたピエゾ方式の液体吐出ヘッドに関し、特に吐出口の近傍で液体を循環させるための構成に関する。

インクなどの液体を吐出して記録媒体に画像を記録する液体吐出ヘッドとして、ピエゾ方式の液体吐出ヘッドが知られている（特許文献１，２）。ピエゾ方式の液体吐出ヘッドは、圧電素子で形成され容積可変に膨張収縮可能な圧力室を有している。圧電素子に電圧が印加され、圧電素子が変形し、圧力室が膨張または収縮することによって、圧力室内の液体が、圧力室の一端に接続された吐出口から吐出する。

吐出口は液体吐出ヘッドの外部に露出していることから、埃、異物等が滞留しやすい。また、圧力室内には、吐出時の圧力変化で起こるキャビテーション、液体供給流路からもたらされる気泡など、様々な要因で気泡が発生する。埃、異物、気泡等の滞留は液体吐出ヘッドの液体吐出性能に影響を与える。特許文献２には、記録中も吐出口近傍の液体を循環させる液体吐出ヘッドが開示されている（図１２〜１８）。圧電ブロック体は複数の圧力室と、複数の圧力室の両側に設けられ液体の流入路として用いられる貫通孔と、を有している。圧電ブロック体の圧力室と貫通孔の開口に対向して、吐出口を備えた吐出口形成部材が設けられている。圧電ブロック体と吐出口形成部材の間に共通循環流路形成部材が設けられている。共通循環流路形成部材は吐出口と対向する流出口と、貫通孔と対向する流入口と、流出口の周囲を断続的に囲む複数の絞り部と、を有している。共通循環流路形成部材と吐出口形成部材の間には共通循環流路が形成され、複数の絞り部は共通循環流路に突き出している。貫通孔から供給された液体は流入口、共通循環流路、絞り部、流出口を通って圧力室に流入する。これによって、吐出口から液体が吐出していない時でも吐出口の近傍に循環流が発生し、埃、異物、気泡等の滞留を防止することができる。

特開２０１２−１４４０３８号公報特開２０１３−１４７０１９号公報

ピエゾ方式の液体吐出ヘッドでは、吐出口と圧力室が組み合わされ、液体を吐出する吐出口の圧力室の容積が変化させられる。この際、圧力室に生じた圧力変動は液体を介して他の吐出口に伝搬し、他の吐出口からの液体の吐出に影響を与える。この現象をクロストークという。特許文献２に記載の液体吐出ヘッドにおいては、共通循環流路は両側の流入口に囲まれた２次元状の領域であり、液体は共通循環流路をあらゆる方向に流れる。このため、ある一つの圧力室で生じた圧力変動が，絞り部から共通循環流路を通り周囲の全ての吐出口に伝搬し、それらの吐出口の吐出状態に影響を及ぼす可能性がある。

本発明は、吐出口近傍の液体を循環させ、かつ吐出口間のクロストークの発生を抑えることが可能な液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

本発明の液体吐出ヘッドは、圧電体から形成される圧電ブロック体であって、圧電ブロック体を第１の方向に貫通し、電圧が印加されて容積が変化する複数の圧力室と、圧電ブロック体を第１の方向に貫通する少なくとも１つの貫通孔と、を有し、複数の圧力室と貫通孔を液体が流通可能な圧電ブロック体と、液体が吐出する複数の吐出口を有する吐出口形成部材と、圧電ブロック体と吐出口形成部材との間に挟まれた流路形成部材と、を有している。流路形成部材は、圧力室と吐出口とを連絡する複数の液体連通孔と、貫通孔と液体連通孔とを連絡する複数の循環流路と、を有し、複数の液体連通孔は複数の液体連通孔群に区分され、各液体連通孔群はいずれかの循環流路と対応付けられ、対応付けられた循環流路だけと接続されている。

液体連通孔はいずれか一つの液体連通孔群に属し、各液体連通孔群はいずれか一つの循環流路だけと接続されている。すなわち、液体連通孔群は互いに独立しており、一の液体連通孔群に属する液体連通孔と他の液体連通孔群に属する液体連通孔の間に相互作用が生じにくい。この結果、一つの液体連通孔が相互作用を及ぼす液体連通孔の範囲が限定され、吐出口間のクロストークを抑えることができる。

本発明によれば、吐出口近傍の液体を循環させ、かつ吐出口間のクロストークの発生を抑えることが可能な液体吐出ヘッドを提供することができる。

液体吐出ヘッドの全体構成図である。液体吐出ヘッドの製造工程を示すフローチャートである。圧電基板の構造を示す図である。圧電基板の加工手順を説明する図である。リフトオフによる電極形成を説明する図である。圧電基板の分極処理を説明する図である。圧電基板が積層された圧電ブロック体の構成図である。圧電ブロック体の側面を切断しチップに分離する方法を説明する図である。圧電ブロック体に前端面電極を形成する方法を説明する図である。圧電ブロック体に後端面電極を形成する方法を説明する図である。後方絞り板を圧電ブロック体に接合する方法を説明する図である。第１の流路層と第２の流路層の形状を説明する図である。液体吐出ヘッド内を液体が循環する経路を説明する図である。偶数層と奇数層の圧力室の駆動タイミングを説明する図である。液体吐出ヘッド内の液体流路の流抵抗を説明する図である。

以下、本発明の液体吐出ヘッドを実施形態によって説明する。本発明はシェアモードタイプ、グールドタイプなどのあらゆるタイプのピエゾ方式の液体吐出ヘッドに適用することができる。シェアモードタイプの液体吐出ヘッドでは、圧力室の１つまたは２つの内壁面が圧電素子で構成され、その圧電素子をせん断変形させることによって、圧力室が収縮する。それによって、圧力室内のインクが、圧力室の一端に形成された吐出口孔から吐出する。グールドタイプの液体吐出ヘッドでは、圧電素子が圧力室の中心に対して内外方向（径方向）に伸長及び収縮変形することにより、圧力室が膨張または収縮する。グールドタイプの液体吐出ヘッドは、圧力室の壁面が全て変形し、その変形が液体の吐出力に寄与するので大きな液体吐出力を得ることができる。工業用途等の液体吐出装置では、高粘度の液体を使用したいという要求があり、高粘度の液体を吐出するためには大きな吐出力が求められる。グールドタイプはこのような用途に対し好適に適用することができる。以下の実施形態はグールドタイプの液体吐出ヘッドを対象とする。なお、図中Ｐは圧力室を、Ａは空気室を示している。

（液体吐出ヘッドの構成）
図１は、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッド１００の全体構成を示す斜視図と側面図であり、構成をわかりやすくするため、分解した状態を図示している。シリコンやポリイミドなどで作られている吐出口形成部材１０１に、液体が吐出する複数の吐出口１０２が開口している。圧電ブロック体１０５は圧電体から形成され、溝が加工された圧電基板を複数枚積層して形成されている。

液体吐出ヘッドはさらに、圧電ブロック体１０５と吐出口形成部材１０１との間に挟まれた流路形成部材１１５を有している。流路形成部材１１５は圧電ブロック体に隣接する第１の流路層１０４と、第１の流路層１０４及び吐出口形成部材１０１に隣接する第２の流路層１０３と、を有している。第１の流路層１０４と第２の流路層１０３は一体形成されてもよい。第１の流路層１０４と第２の流路層１０３は協働して液体の循環流路７４４（後述）を形成する。圧電ブロック体１０５には、圧電ブロック体１０５の共通電極を引き出すため、ＦＰＣなどの共通電極配線ケーブル１１３が設けられている。後方絞り板１０６はシリコン基板などで作られており、圧力室で発生した圧力を共通液室１０８側に逃がさないための絞り孔１０７と、圧力室の内壁にある個別電極を引き出す配線と、が形成されている。後方絞り板１０６上に形成されている個別電極を引き出す配線には、ＦＰＣなどの個別電極配線ケーブル１１４が接続されている。液体は、供給口１１０から共通液室１０８内の供給液室１０９に供給され、圧電ブロック体１０５内を循環し回収液室１１１に戻り回収口１１２より排出される。

以下に、本実施形態の液体吐出ヘッドの製造方法を説明する。製造方法の概要を図２のフローチャートに示す。本実施形態では１２００ｄｐｉ相当の解像度をもつ液体吐出ヘッドを例に説明するが、解像度が異なる場合でも、溝の寸法や圧電基板の積層数を変更することで、同様の工程で作製が可能である。

（圧電ブロック体の構成）
本実施形態の液体吐出ヘッドは、吐出口１０２が斜めに並んで二次元に配列されている。液体吐出ヘッド１００は、圧電基板が積層された方向ｙに搬送される記録媒体に画像を形成する。図３は、圧電ブロック体１０５を構成する圧電基板３０１を説明する図である。図３（ａ）に示すように、圧電基板３０１は圧電体の板からなり、第１の主面Ｓ１と第２の主面Ｓ２を有している。第１の主面Ｓ１に、多数の第１の溝３０２と第２の溝３０３が交互に形成されている。第１の溝３０２は圧力室７０１を構成し、第２の溝３０３は空気室７０２を構成する。

図３（ｂ）は、圧電基板３０１の溝と電極の形状を示す断面図であり、溝の内面と、溝が加工されている面の裏側に、溝と平行に帯状の電極が形成されている。具体的には、圧力室７０１を構成する第１の溝３０２の内面に個別電極３０４が形成され、第２の主面Ｓ２の第２の溝３０３と対向する位置に個別電極３０７が形成されている。個別電極３０７は個別電極３０４と同一の電位に規定される。第２の溝３０３の内面には共通電極３０５が形成され、第２の主面Ｓ２の第１の溝３０２と対向する位置に共通電極３０６が形成されている。共通電極３０５は共通電極３０６と同一の電位に規定される。

最適な圧力室７０１の断面形状や、圧力室７０１の周囲の圧電体の側壁の厚さは、吐出する液体の特性に合わせ、シミュレーションによって求められ、それを実現するように圧電基板３０１の各部の寸法が決められる。圧電基板３０１の厚さは約０．３０５ｍｍであり、溝の深さＬ１は０．１２ｍｍ、圧力室７０１を構成する第１の溝３０２と空気室７０２を構成する第２の溝３０３の幅Ｗ１，Ｗ３はいずれも０．０６ｍｍである。圧力室７０１の周囲の側壁の厚さＷ２，Ｗ４はいずれも０．０６６９ｍｍである。圧力室７０１を構成する第１の溝３０２の間隔は、解像度１２００ｄｐｉに対応する記録ドットの格子寸法＝２１．１５μｍのｎ倍（ｎは整数）にされている。ｎ層の圧電基板３０１を、格子寸法ずつ順次ずらしながら積層することで、必要な解像度を実現することができる。実施形態では、ｎ＝１２としている。

（圧電基板３０１の加工）
図４に、圧電基板３０１に溝加工と電極の形成を行う工程を説明する斜視図を示す。見やすいように、溝の幅と間隔、及び電極の幅と間隔を実際の数倍に拡大して図示している。圧電基板３０１としては、例えば、５７ｍｍ×７４ｍｍ×約０．３０５ｍｍのＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）基板が挙げられる。

（裏面電極の形成）
まず、図４（ａ）の工程で、所望の厚さと形状を有する平板状の圧電基板３０１を準備する。次に、図４（ｂ）の工程で、圧電基板３０１の第２の主面Ｓ２（裏面）に、金属膜で構成される裏面アライメントマーク４０１と、個別電極３０７と、共通電極３０６を同時に形成する。個別電極３０７と共通電極３０６のパターンは、第１の主面Ｓ１（表面）に形成する溝の長手方向に平行に形成されている。また、分極処理時にすべての電極に電圧を印加するため、端部の電極４０２にすべての共通電極３０６が接続され、反対側の端部の電極４０３にすべての個別電極３０７が接続されている。裏面アライメントマーク４０１と両電極のパターニングは、フォトレジストのフォトリソグラフィを利用したリフトオフやエッチングといった方法や、レーザー、ダイシング、フライス加工などで不要部分を除去する方法によって実現することができる。この工程では基板表面に凹凸がないため、通常のスピンコートによるレジスト塗布によって均一なレジスト膜を形成することができる。

次に、露光と現像によりレジストのパターニングを行う。リフトオフで電極パターンを残さない部分にレジストが残るように、フォトリソグラフィでレジストをパターニングする。次に、蒸着によって、電極となる金属層を、レジストのパターン上を含めた全面に形成する。蒸着はリフトオフでのパターニングのしやすさに優れている。次にレジストを除去することで、レジスト上部に成膜されていた金属膜がレジストと共に剥離して、最終的に所望の金属膜のパターンが得られる。電極を形成するには、下地層としてＣｒを２０ｎｍ程度、さらにＰｄを５０ｎｍ程度成膜しておき、パターニングする。さらにＰｄをシード層としてＮｉめっきを１０００ｎｍ程度成膜し、表面のＮｉをＡｕに置換めっきする。めっきによる方法はリフトオフ時の膜厚が薄いので、バリが残りにくくパターニング性が向上するうえ、表面のみにＡｕを使用するため低コストである。

（表面アライメントマークの形成）
図４（ｃ）の工程で、圧電基板３０１の溝形成面（第１の主面Ｓ１）に溝加工に用いる表面アライメントマーク４０４を形成する。表面アライメントマーク４０４は金属膜で構成され、溝加工時と積層時の位置合わせに使用される。パターニング方法や金属膜の形成方法は、個別電極３０７及び共通電極３０６と同じである。

（圧力室７０１の溝加工）
溝加工は、先の工程で形成した表面のアライメントマーク４０４を基準に、溝の位置決めをして行う。具体的には、図４（ｄ）の工程で、平板状の圧電基板３０１に、複数の第１の溝３０２を形成する。形成された第１の溝３０２の一部が圧力室７０１を形成する。本実施形態では、切削加工の際、超砥粒ホイールを圧電基板上の途中で引き上げることによって、片方の側面に連通しない溝を形成する。図４（ｄ）で示すように、第１の溝３０２は第１の端面４０５と連通し、第２の端面４０６とは連通しない。圧力室７０１となる溝に加え、その両外側に溝を形成することで、後の接合工程における接着剤の逃げ溝として機能させることができる（図４には不図示）。

（空気室７０２の溝加工）
図４（ｅ）の工程で、第１の溝３０２を形成した圧電基板３０１に、複数の第２の溝３０３を形成する。形成された第２の溝３０３の一部が、上述した空気室７０２を形成する。第２の溝３０３は第１の溝３０２の間に形成される。第２の溝３０３も、切削加工の際に超砥粒ホイールを圧電基板上の途中で引き上げることによって、片方の側面に連通しない溝となる。図４（ｅ）で示すように、第２の溝３０３は第２の端面４０６と連通し、第１の端面４０５とは連通しない。

（表面電極の形成）
図４（ｆ）の工程で、形成された第１の溝３０２の内面に個別電極３０４を、第２の溝３０３の内面に共通電極３０５を形成する。電極のパターニングは、リフトオフ、レーザーや研磨でのパターニングなどで形成することができる。一例として、リフトオフによる電極パターニング方法を図５に示す。図５（ａ）〜（ｄ）は図４（ｅ）のＡ−Ａ’断面であり、図５（ｅ）は図４（ｅ）のＢ−Ｂ’断面である。溝加工により基板表面に凹凸が生じているため、通常のスピンコーターによる塗布方法では、均一なレジスト膜を形成することが難しい。そこで、フィルムレジストのラミネートやスプレーコータによる塗布が好適に利用される。溝の内部を均一に露光することは困難であるため、溝の外部だけを露光すればよいネガタイプのレジストを用いるのが好ましい。

まず、図５（ａ）の工程で、フィルムレジスト５０１をラミネートする。圧電基板３０１は焼結体であるため、１０μｍ程度のボイドが点在する。そのため、フィルムレジスト５０１が薄すぎると、ボイド上部のフィルムにパターン欠損が生じてしまう。そこで、フィルムレジスト５０１には、十分な厚さ、例えば４０μｍ以上のものを用いることが好ましい。次に、図５（ｂ）の工程で、露光と現像によりフィルムレジスト５０１のパターニングを行う。リフトオフで電極パターンを残さない部分にレジストが残るように、フォトリソグラフィでレジストパターンを形成する。この際、後の工程で溝側壁に金属層が全域にわたって成膜されるように、レジストのパターン幅を壁幅よりも若干小さくしておくことが好ましい。図５（ｃ）の工程で、スパッタリングや蒸着によって、電極となる金属層をレジストのパターンを含めて全面に形成する。スパッタは溝側壁への成膜性が優れており、蒸着はリフトオフでのパターニングのしやすさに優れている。そして、図５（ｄ）の工程で、レジストを除去することで、レジスト上部に成膜されていた金属膜がレジストと共に剥離し、最終的に所望の金属膜のパターンが得られる。電極の下地層として、例えばＣｒを２０ｎｍ程度成膜し、さらに電極層としてＡｕを１０００ｎｍ程度成膜することができる。あるいは、下地層としてＣｒを２０ｎｍ程度、さらにＰｄを５０ｎｍ程度成膜し、パターニングし、さらにＰｄをシード層としてＮｉめっきを１０００ｎｍ程度成膜し、表面のＮｉをＡｕに置換めっきすることもできる。特に、後者のめっきによる方法は、リフトオフ時の膜厚が薄いので、バリが残りにくくパターニング性が向上するうえ、表面のみにＡｕを使用するため低コストである。レーザーや研磨を用いる場合は、まずスパッタリング、蒸着、無電解めっきなどで全面に金属膜を成膜する。そして、成膜された金属膜の不要な部分、つまり溝形成面の上面部分の金属膜をレーザーや研磨によって除去することで、所望の電極パターンが得られる。すべての個別電極３０４と個別電極３０７は、第１の端面４０５に成膜された金属膜を介して導通した状態である。また、すべての共通電極３０５と共通電極３０６は、第２の端面４０６に成膜された金属膜を介して導通した状態である。

（分極）
図６（ａ）に示す様に、共通電極３０５，３０６を接地電位とし、個別電極３０４，３０７にプラス電圧をかけることにより、圧電基板３０１の分極処理を行う。図６（ｂ）に圧電基板３０１に加えられる電界を示している。分極は、１００〜１５０℃程度に加熱した状態で、圧電体に１〜２ｋＶ/ｍｍ程度の高電界を所定の時間印加することによって行われる。側壁上での電極の間隔は０．０６６９ｍｍ以下と狭く、空気中で１〜２ｋＶ/ｍｍの高電界を印加すると空中放電や沿面放電を生じる可能性が高い。そのため、例えばシリコーンオイル（絶縁破壊電圧：１０ｋＶ／ｍｍ以上）のような絶縁性の高いオイルなどの中で分極処理を行うことが望ましい。シリコーンオイルは分極後にキシレン、ベンゼン、トルエンといった炭化水素系溶剤や塩化メチレン、１.１.１−トリクロロエタン、クロロベンゼンといった塩素化炭化水素系溶剤によって除去可能である。分極後、必要に応じてエージング処理を行う。具体的には、分極処理が施された圧電基板３０１を昇温した状態で一定の時間に保持することによって、その圧電特性を安定化させる。エージングは、例えば、１００℃のオーブンに、分極処理が施された圧電基板３０１を１０時間放置することによって行われる。

（組立）
以上の様に加工した圧電基板３０１を複数枚積層し、圧電ブロック体１０５を形成する。図７（ａ）を用いて、圧電基板３０１同士を接合する際の位置関係、及び接合により形成される圧力室７０１と空気室７０２の位置関係を説明する。本実施形態では第１の溝３０２のｘ方向のピッチを記録ドット格子寸法の１２倍として、圧電基板３０１を１２層積層して液体吐出ヘッドを構成するので、ｙ方向に隣接する圧電基板３０１の第１の溝３０２を、ｘ方向にＬ２＝０．１２６９ｍｍずらして積層する。このように積層することで、第１の溝３０２で形成される圧力室７０１がｙ方向に隣接する圧電基板３０１の第２の溝３０３で形成される空気室７０２の中央付近になる。

圧電ブロック体１０５を形成する際、図７（ｂ）に示すように、圧電基板３０１をｎ＋１＝１３枚積層し、最下層に空気室７０２となる溝を形成した下補強板７０３を接合し、最上層に溝のない上補強板７０４を接合することができる。この場合、１３層目の圧電基板３０１は空気室７０２だけが利用され圧力室７０１は駆動されない。他の方法として、図７（ｃ）に示すように、圧電基板３０１をｎ＝１２枚積層し、最下層に空気室７０２となる溝を形成した下補強板７０３を接合し、１２層目の圧電基板３０１の上に溝加工のない圧電素子７０５を積層することができる。圧電素子７０５は０．１８５ｍｍの電極が形成され、分極されている。さらに最上層に空気室７０２となる溝を形成した上補強板７０６を接合する。この場合は上と下の補強板には溝が形成された圧電基板と同じ形状の補強板を上下で逆にして使用することができる。圧電ブロック体１０５の上下に形成される駆動されない圧力室は液体を循環させる貫通孔７０７として使用する。

（圧電基板の積層）
圧電基板３０１の接合には、例えばエポキシ系の接着剤を用いることができる。この際、溝内が接着剤で埋まってしまうのを防ぐために、接着剤の量を適切にコントロールする必要がある。接着剤の塗布方法としては、別の平坦な基板上にスピンコートやスクリーン印刷などで薄い均一な接着剤層を形成しておき、これに接着する面を押し付けた後、離すことで、圧電基板上に薄く均一な接着剤層を形成することができる。接着剤の塗布後、微小な間隔がある状態で、圧電基板３０１の位置決めを行い、加圧接着する。接着剤の厚さの目安としては、接着前の接着層の厚さが４μｍ程度、接着後の厚さが２μｍ程度となるのが適切である。圧力室７０１や空気室７０２への接着剤の侵入を抑制するために、第１の溝３０２の複数列と第２の溝の複数列の外側に溝を形成し、接着剤の逃がし溝として使用することも有効である。

積層時には、カメラによるアライメントを行う。アライメントに用いる目印としては、チップのエッジ、溝、電極形成時にパターニングした裏と表のアライメントマークなどを使用することができる。以上の様に複数の圧電基板３０１を積層し、接合し、その後補強板を上下に挟むように接合することで、圧電ブロック体１０５が作製される。補強板は圧電体である必要はないが、接合時に加熱を要する場合には、熱膨張率が圧電基板３０１と近い材料によって形成されることが望ましい。

圧電基板３０１を積層することで、第１の溝３０２の上に、空気室７０２を構成する第２の溝３０３の底部の裏面が接合され、閉じた圧力室７０１が形成され、その内面には個別電極３０４，３０７が形成される。第２の溝３０３の上に、圧力室７０１を構成する第１の溝３０２の底部の裏面が接合され、閉じた空気室７０２が形成され、その内面には共通電極３０５，３０６が形成される。個別電極３０４，３０７は圧電ブロック体１０５の端部の配線部分で導通され、必ずしもこの接合によって導通するわけではない。このため、個別電極３０７の幅と第１の溝３０２の幅が同じである必要はない。個別電極３０７の幅は第１の溝３０２の幅より多少狭くてもよいが、接着時の位置ずれなどを考慮すると、個別電極３０７の幅の方が広い方が好ましい。同様に、共通電極３０６の幅は第２の溝３０３の幅よりも多少狭くてもよいが、接着時の位置ずれなどを考慮すると、共通電極３０６の幅の方が広い方が好ましい。

（側面切断）
上記の様に、圧電ブロック体１０５は圧電基板３０１をずらしながら積層して形成されているため、側面が平坦でない。そこで側面を平坦にするため、図８（ａ）に示す様に両側面を切り取る。切り取る方法としては切削加工が一般的である。

（チップ分離）
圧電ブロック体１０５の両端を切り離した後、図８（ｂ）に示すように、必要な圧力室７０１の長さを持つ複数個の圧電ブロック体１０５のチップに切り分ける。切り分ける方法としては切削加工が一般的である。圧力室７０１の長さは、長いほど駆動電圧を加えた時の圧力室７０１の体積変化が増え吐出力が増すが、駆動電圧波形に対する圧力の応答性が悪くなるので、吐出する液体の粘度や吐出液滴量によって最適値を決める。本実施形態では小液滴を吐出するため応答性を優先し、圧力室７０１の長さが３ｍｍになる様に圧電ブロック体１０５を切り分けた。液体の粘度が高く吐出力を優先する場合には、圧力室７０１の長さを４〜１０ｍｍと長くする方が好ましい。

両端を切り離したことで、分極のために裏面の個別電極間をつないでいた端部電極４０３と、第１の端面４０５に成膜された金属膜と、第１の溝３０２の形成時に超砥粒ホイールを引き上げたことにより生じた溝未形成部分と、が切り離される。同様に、裏面の共通電極間をつないでいた端部電極４０２と、第２の端面４０６に成膜された金属膜と、第２の溝の３０４を形成時に超砥粒ホイールを引き上げたことにより生じた溝未形成部分と、が切り離される。これにより、圧力室７０１と空気室７０２は圧電ブロック体１０５の両端で開口する貫通孔になる。この段階で、個別電極３０４と個別電極３０７とが内面に形成され、液体の入口開口と出口開口とを備えた圧力室７０１が形成される。同様に、共通電極３０５と共通電極３０６とが内面に形成された空気室７０２が形成される。

（端面研磨）
圧電ブロック体１０５の圧力室７０１と空気室７０２が露出している両側端面を研磨により平坦にする。研磨には砥石を用いることができる。後の電極形成工程のために、表面粗さは算術平均粗さＲａを０．４μｍ程度とするのが好ましい。また、吐出口形成部材１０１や後方絞り板１０６を精度よく貼りつけるために、各端面の平面度は１０μｍ以内、端面間の平行度は３０μｍ以内とすることが好ましい。

（前端面電極の形成）
次に、圧電ブロック体１０５の前端面７１１に空気室７０２に設けられた共通電極３０５，３０６の配線を引き出す電極を形成する。図９に配線を引き出す前端面電極７１２を示す。前端面電極７１２は圧電ブロック体１０５の前端面７１１から上端面７１３と下端面７１４に引き回され、後に示す工程により共通電極接続部７１５，７１６において共通電極配線ケーブル１１３に接続される。

前端面電極７１２の電極パターニングについて説明する。前端面７１１には圧力室７０１や空気室７０２などの凹凸があるため、電極のパターニングには、圧電基板３０１の表面に電極を形成する時と同様に、フィルムレジストのラミネートを用いる。フィルムにはネガタイプのレジストを用いる。リフトオフでは、電極パターンを残さない部分にレジストが残るように、フォトリソグラフィでレジストのパターンを形成し、その上部からスパッタリングや蒸着によって、電極となる金属層を、レジストのパターン上を含めて全面に形成する。そして、レジストを除去することでレジスト上部に成膜されていた金属膜がレジストと共に剥離して、最終的に所望の金属膜のパターンが得られる。

まず、圧電ブロック体１０５の前端面７１１にフィルムレジスト５０１をラミネートした後、露光と現像により、空気室７０２及びその周辺を露出させる。この際、圧力室７０１及びその周辺はレジストで覆われた状態にする。次にレジストを除去することでリフトオフが行われ、所望のパターンに電極を形成することができる。さらに電極層を成膜して、電極層を空気室７０２内の共通電極と電気的に接続させる。この際に、上端面７１３と下端面７１４にもマスクを形成して成膜を行うことで、共通電極配線ケーブル１１３との接続部分となる共通電極接続部７１５，７１６を形成することができる。各圧電基板の間には、接着剤層による隙間が１〜２μｍ程度存在するが、圧電基板３０１に表面電極を形成する場合と同様に、下地層の形成とめっき処理を行うことで、この段差を越えて電気的な接続を得るための十分な厚さを得ることができる。図９（ｂ）に、図９（ａ）におけるＡ−Ａ’断面での電極パターンを示す。前端面電極７１２は空気室７０２内の共通電極３０５，３０６とは電気的に接続されているが、圧力室７０１内の個別電極３０４，３０７とは接続されていない。

（後端面電極の形成）
次に、図１０（ａ）に示すように、圧電ブロック体１０５の後端面７１７に、各圧力室７０１に設けられた個別電極３０４，３０７の配線を引き出す後端面電極７１８を形成する。圧力室７０１や空気室７０２などの凹凸があるため、後端面７１７の電極パターニングは、前端面７１１と同様に、フィルムレジストのラミネートを用いたリフトオフで形成する。電極パターニングでは、フィルムレジスト５０１をラミネートし、次に露光と現像により圧力室７０１周辺を露出させる。その後の電極生成は、圧電基板３０１の表面の電極形成や前端面電極７１２の形成と同様である。

端面からみた後端面電極７１８は、図１０（ｂ）に示すような形状で個々の圧力室７０１の端部の周囲に独立して形成される。後端面電極７１８の上下にある破線の丸で示す領域７１９は電気接続のためのバンプ７３１と接合する部分である。図１０（ｃ）は図１０（ａ）におけるＡ−Ａ’断面である。図１０（ｃ）に示すように、後端面電極７１８は圧力室７０１内の個別電極３０４，３０７とは電気的に接続されているが、空気室７０２内の共通電極３０５，３０６とは接続されていない。このように、各圧力室７０１の内面に形成された個別電極３０４，３０７は、それぞれの後端面電極７１８と互いに電気的に接続され、さらに後方絞り板１０６上に形成されている電極と電気的に接合され、外部に引き出される。駆動信号を印加することで、各圧力室７０１はそれぞれ独立して駆動される。

このようにして作成された液体吐出ヘッドの圧電ブロック体１０５には複数の圧力室７０１と、圧力室７０１と並行して延びる複数の空気室７０２と、が設けられている。圧力室７０１と空気室７０２の内部の側壁には電圧を印加するための電極３０４、３０５，３０６，３０７が形成されている。圧力室７０１と空気室７０２は圧電ブロック体を第１の方向ｚに貫通している。圧力室７０１は電圧が印加されて容積が変化することができる。圧電ブロック体１０５はさらに、複数の圧力室７０１を挟んだ圧電ブロック体の両側を第１の方向ｚに貫通する複数の貫通孔７０７を有している。圧力室７０１と貫通孔７０７は液体が充填され、液体が流通可能である。

（後方絞り板接着）
次に、図１１を用いて、後方絞り板１０６について説明する。図１１（ａ）に示すように、後方絞り板１０６には、貫通孔の形状の絞り孔１０７が、各圧力室７０１に対応した位置に設けられている。絞り孔１０７は、圧電ブロック体の駆動によって生じる液体の流動が吐出口側で効率的に生じるように、液体の逆流を制限する。後方絞り板１０６は、シリコン基板のエッチング加工などで形成可能である。絞り孔１０７は圧力室７０１の入口開口よりも小さく、例えば、圧力室７０１の断面が１２０μｍ×６０μｍの場合、５０μｍ角程度、厚さを２００μｍ程度とすることができる。

後方絞り板１０６の表面には、圧電ブロック体１０５の個別電極３０４，３０７とつながる後端面電極７１８と電気的に接続されたバンプ７３１と、これに接続された電極７３２とが、個々の後端面電極７１８に対向する位置に形成されている。電極７３２からは、個別電極に駆動電圧を伝えるための引き出し配線７３３が、後方絞り板１０６の上下の端部に向けて分かれて引き出されるように形成されており、その上下の端部で個別電極配線ケーブル１１４と接続されている。後方絞り板１０６の、バンプ７３１の形成部と個別電極配線ケーブル１１４との接続部以外の部分は、圧電ブロック体１０５の後端面７１７の他電極とのショートや、使用する液体による腐食を防ぐため、絶縁膜を形成しておくことが好ましい。

後方絞り板１０６の作成と組み立ての手順の例を説明する。まず、後方絞り板１０６のシリコン基板に、エッチング加工などで貫通孔の形状の絞り孔１０７を形成する。その後、電極７３２と引き出し配線７３３を形成する。次に、後方絞り板１０６の、バンプ７３１の形成部分と個別電極配線ケーブル１１４との接続部を除いた部分に絶縁膜を形成する。その後、圧電ブロック体１０５との接合部分に、感光性接着フィルム７３４をラミネートする。露光と現像により、絞り孔１０７に重なる部分とバンプ７３１を形成する部分の感光性接着フィルム７３４を除去し、穴を開ける。図１１（ｂ）に、穴を開けた感光性接着フィルム７３４を示す。感光性接着フィルム７３４は実際には後方絞り板１０６と接合しているが、説明の都合上分離して図示している。後方絞り板１０６の所定の個所に、ボンディングなどでバンプ７３１を形成する。その後、後方絞り板１０６と圧電ブロック体１０５の後端面７１７を当接させ、熱を加えながら加圧し、接着を行う。バンプ７３１がつぶれて、後端面電極７１８と電気的に接続される。また、圧力室７０１と絞り孔１０７との接続部の周囲が封止され、液体が接合部の外部に漏れないようになる。

バンプ７３１の形成された後方絞り板１０６と圧電ブロック体１０５とを、例えばエポキシ系の接着剤を用いて接着することもできる。この場合、後方絞り板１０６の絞り孔１０７や、圧電ブロック体１０５の圧力室７０１への接着剤の侵入を防ぐため、接着剤の量を適切にコントロールする必要がある。例えば、別の平坦な基板上にスピンコートやスクリーン印刷などで薄い均一な接着剤層を形成しておき、これに圧電ブロック体１０５の後端面７１７を押し付けた後、離すことで、後端面７１７上に薄く均一な接着剤層を形成することができる。接着剤塗布後、微小な間隔がある状態で、位置決めを行い、加圧接着する。バンプ７３１は、接着剤層を突き破り後端面電極７１８と接触し、その後つぶれて後端面電極７１８と電気的に接続する、また圧力室７０１と絞り孔１０７との接続部の周囲が封止され、液体が接合部の外部に漏れないようになる。

（絶縁処理）
次に、圧力室７０１の内面に形成された個別電極及び空気室７０２の内面に形成された共通電極の表面に絶縁膜を形成する。但し、電極配線のうち、ＦＰＣなどの配線ケーブルに接続される部分（共通電極接続部７１５，７１６と後方絞り板１０６の上下端部に露出している引き出し配線７３３との接続部分）には絶縁膜を形成しない。そのために、成膜時にはテープなどでマスクを施しておく。絶縁膜は、例えば、パリレン（登録商標）の薄膜を用いることができ、化学気相堆積（ＣＶＤ）法で形成することができる。特に、圧力室７０１の奥の壁にまで絶縁膜を形成するには、つきまわり性の優れたパリレン（Ｎ）を使用することが好ましい。絶縁膜の厚さは５μｍ程度が適切である。パリレンの密着性を向上させるため、成膜前に常温で５分程度ＵＶオゾン処理を施すとよい。さらに、密着性を高めるために、ＵＶオゾン処理後にカップリング剤を塗布してもよい。特に圧電ブロック体１０５の前端面電極７１２にＡｕを使用している場合には、パリレンとの密着性が著しく低いため、トリアジンチオール系のカップリング剤による表面処理を行うことが有効である。また、後方絞り板１０６にシリコン基板を使用し、表面に酸化膜が形成されている場合には、シランカップリング剤による表面処理を行うことが有効である。カップリング処理は、ＩＰＡで希釈したカップリング剤を薄く塗布後、オーブンで乾燥させることにより行うことができる。

（第１の流路層１０４の形成）
図１２（ａ）に示す第１の流路層１０４を、絶縁処理をした圧電ブロック体１０５の吐出口形成部材１０１側の面に形成する。第１の流路層１０４は液体の循環流路７４４の底部を形成する。第１の流路層１０４の、圧力室７０１の開口部と対向する部分に第１の液体連通孔７４１が形成される。これによって、第１の液体連通孔７４１が圧力室７０１と連通し、圧力室７０１と吐出口１０２とが連絡される。第１の液体連通孔７４１は圧力室７０１の配置に合わせて千鳥状に配列している。第１の流路層１０４の、圧電ブロック体１０５の貫通孔７０７の開口部と対向する部分に、液体連通孔７４２が形成される。これによって、液体連通孔７４２が貫通孔７０７と連通する。空気室７０２の開口部は循環流路７４４の広い流路幅を確保するために塞がれる。

圧電ブロック体１０５に開口部があるため、第１の流路層１０４は感光性接着フィルムレジストをラミネートした後、露光と現像によってパターニングして形成する。フィルムレジスト５０１は、強度を得るために十分な厚さ、例えば４０μｍ以上のものを用いることが好ましい。第１の流路層１０４はその上に形成する第２の流路層１０３の現像処理に耐えるようベークして固めておくことが望ましい。

（第２の流路層１０３の形成）
図１２（ｂ）に示す第２の流路層１０３を第１の流路層１０４の上に形成する。第２の流路層１０３は感光性接着フィルムレジストからなり、圧力室７０１と貫通孔７０７を連結する循環流路７４４の側壁を形成する。第２の流路層１０３には、第１の液体連通孔７４１と連通する第２の液体連通孔７４３が形成されている。第１及び第２の液体連通孔７４１，７４３は第１の流路層１０４と第２の流路層１０３を貫通している。循環流路７４４は第２の流路層１０３を貫通し、第１の流路層１０４に面して延びている。循環流路７４４は貫通孔７０７と液体連通孔７４１，７４３とを連絡する。第２の液体連通孔７４３と循環流路７４４との接続部分に絞り（スリット）７４５が形成されている。絞り７４５は循環流路７４４と第２の液体連通孔７４３を接続する流路であり、循環流路７４４と第１及び第２の液体連通孔７４１，７４３のいずれよりも小さい流路断面積を有している。絞り７４５は吐出の際に圧力室７０１で発生した圧力が循環流路７４４に逃げるのを防止する。第２の流路層１０３は第１の流路層１０４と同様に、感光性接着フィルムレジストをラミネートした後、露光と現像によってパターニングして形成する。循環流路７４４の流抵抗を下げるためには流路を高くする必要があり、第２の流路層１０３は厚いフィルムレジストで形成する。厚さとしては後述するように４０μｍ以上、望ましくは６０μｍ以上が好ましい。

第１及び第２の液体連通孔７４１，７４３は複数の液体連通孔群７４７に区分されている。実施形態では１２段の液体連通孔が上下各々６段に分けられ、さらにその斜めに延びる各列が一つの液体連通孔群７４７を構成している。各液体連通孔群７４７はいずれかの循環流路７４４と対応付けられ、対応付けられた循環流路７４４だけと接続されている。各循環流路７４４は対応する液体連通孔群７４７の列に沿って斜めに延びている。一方の側（図１２の上側）の貫通孔７０７に近接する第１の循環流路７４４ａは一方の側の貫通孔７０７と連通し、他方の側（図１２の下側）の貫通孔７０７に近接する第２の循環流路７４４ｂは他方の側の貫通孔７０７と連通している。これによって循環流路７４４の長さが短くなり、循環流路７４４の圧力損失を抑えることができる。圧電ブロック体の一方の側だけに貫通孔７０７を設け、１２段全ての液体連通孔を一方の側の貫通孔７０７と連通する１つの循環流路７４４に接続してもよい。

貫通孔７０７は液体連通孔群７４７と同数設けられている。各貫通孔７０７はいずれかの循環流路７４４と対応付けられ、対応付けられた循環流路７４４だけと接続されている。圧力室７０１及び貫通孔７０７も液体連通孔群７４７と対応する複数の群に分割されている。さらに、循環流路７４４の側壁は隔壁７４６で形成されている。このため、異なる群の間を液体が連通することがない。吐出のために圧力室７０１で発生した圧力は、同じ段の隣接する他の圧力室７０１に伝搬しない。このため、異なる液体連通孔群７４７の間でのクロストークが防止される。貫通孔７０７は液体連通孔群７４７と同数設けられていなくともよい。例えば、圧力室７０１を挟んだ圧電ブロック体の各側に一つの貫通孔７０７を設け、複数の循環流路７４４をこの一つの貫通孔７０７に接続してもよい。この場合、異なる液体連通孔群７４７の間で、貫通孔７０７を介して液体が連通するが、圧力の伝搬経路が長くなるため圧力が伝搬されにくくなる。従って、このような実施形態でも異なる液体連通孔群７４７の間でのクロストークが軽減される。

（吐出口形成部材の接着）
次に、吐出口形成部材１０１を第２の流路層１０３に接合する。吐出口形成部材１０１を第２の流路層１０３に密着させた後、熱を加えながら加圧し第２の流路層１０３に接着する。吐出口形成部材１０１は循環流路７４４の天面を形成する。第１の流路層１０４と第２の流路層１０３を接着性のない感光性フィルムレジストを用いて形成し、接着剤を用いて吐出口形成部材１０１を第２の流路層１０３に接合することもできる。一般に接着性のない感光性フィルムレジストの方が成形性に優れ、アスペクト比の高い構造を作ることができる。接合に接着剤を使用する場合には吐出口１０２や絞り７４５に接着剤が入り込まないよう塗布量や加圧力を管理する必要がある。吐出口形成部材１０１は平板の形状を有しており、圧電ブロック体１０５の各圧力室７０１に対応する位置に、貫通孔の形状の吐出口１０２が形成されている。吐出口１０２は対応する第１及び第２の液体連通孔７４１，７４３を介して、対応する圧力室７０１のみと連通している。一例として、吐出口形成部材１０１の厚さは２０μｍであり吐出口１０２は直径２０μｍの円孔である。吐出口形成部材１０１は、例えば、Ｎｉの電鋳加工で作成することができる。吐出口形成部材１０１の圧電ブロック体１０５と反対側の面（吐出口面）に、撥水処理が施されている。撥水材料としては、シラン系、フッ素系の材料を用いることができ、蒸着などでコーティング処理をすることができる。

（ＦＰＣ接合）
次に、ＦＰＣなどの配線ケーブルを配線電極に圧着する。図１（ｂ）に示すように、個別配線を後方絞り板１０６の上下端部から引き出し、共通電極配線ケーブル１１３に圧着する。同様に、共通電極を圧電ブロック体１０５の上端面７１３と下端面７１４から引き出し、個別電極配線ケーブル１１４に圧着する。圧着には異方性導電フィルム（ＡＣＦ；Anisotropic Conductive Film）を用いる。圧着条件としては１５０℃、３ＭＰａ、１０秒程度が適当である。圧着後、ＦＰＣとの接合部付近を接着剤で補強する。

（共通液室接着）
その後、共通液室１０８を用意し、後方絞り板１０６に接合する。共通液室１０８は、例えば、ＳＵＳ基板を機械加工で作成し、接着剤を用いて後方絞り板と接合される。最後に、その他の必要な部品をさらに組み立てて、液体吐出ヘッドが完成する。

（液体の供給及び循環）
図１３を用いて、完成した液体吐出ヘッドに液体が供給され循環する様子を説明する。共通液室１０８の供給口１１０から入った液体は、供給液室１０９を満たし、後方絞り板１０６の絞り孔１０７を通り、圧力室７０１−１〜７０１−６の中を吐出口形成部材１０１の方向に流れる。圧力室７０１−１〜７０１−６を通る液体は吐出口形成部材１０１側の端部で圧力室７０１−１〜７０１−６を出て、第１の流路層１０４の液体連通孔７４２と、第２の流路層１０３の液体連通孔７４３と、絞り７４５を通って循環流路７４４に達する。液体は６個の圧力室７０１と連通する循環流路７４４を流れ、圧電ブロック体１０５の端部にある貫通孔７０７をへて回収液室１１１に達し、回収口１１２からヘッド外に排出される。この液体の循環流によって圧力室７０１−１〜７０１−６内に発生した気泡や圧力室７０１内に混入した塵などがヘッドから排出される。また、吐出口１０２近傍の液体が入れ替わるため、吐出口１０２から液体が蒸発することで生じる液体の増粘が低減され、画質劣化が防止される。なお、本実施形態では循環流は供給口１１０から回収口１１２に向かって流れるが、回収口１１２から供給口１１０に向かって流れてもよい。

（液体吐出駆動）
圧電ブロック体１０５が圧電効果により変形することで、圧力室７０１が収縮し、圧力室７０１に貯留されている液体が吐出口１０２から吐出する。すべての圧力室７０１の個別電極に同時に駆動電圧を印加して液体を吐出することも可能であるが、本実施形態では圧電体を伝わる機械的クロストークと、液体の圧力が伝搬することで発生する流体クロストークを低減するために圧力室７０１の時分割駆動を行う。図１４（ａ）に示すように、吐出周期を２つに分割し、前半の吐出周期ｔ１で偶数層の圧力室７０１の個別電極を駆動し、後半の吐出周期ｔ２で奇数層の圧力室７０１の個別電極を駆動する。偶数層と奇数層は図７（ｂ）（ｃ）に記載されている通りである。このように、同一の液体連通孔群７４７に属する液体連通孔７４１，７４３と連通し、ｙ方向に互いに隣接する圧力室７０１は、互いに異なるタイミングで駆動される。

記録媒体への画像の形成は、圧電基板３０１の積層方向（ｙ方向）に記録媒体を搬送しながら行われる。全吐出口１０２を同じタイミングで駆動する場合、積層方向ｙの吐出口ピッチは解像度の整数倍にするのが好ましい。一方、本実施形態のように吐出周期を２分割し偶数層と奇数層の吐出口１０２から交互に液体を吐出し画像を形成する場合は、以下の様な積層方向ｙの吐出口ピッチＬにすることが好ましい。
Ｌ=Ｐ×（ｋ±１／ｍ）＝０．０２１１５×（ｋ＋１／２）ｍｍ
ここで、Ｐは記録ドットの格子寸法、ｋは設計や製法に応じて決められる任意の自然数、ｍは分割数である。本実施形態ではｍ＝２、ｋ＝１４、圧電基板３０１の厚さを約０．３０５ｍｍとしており、接着層の厚みを含めた吐出口ピッチを０．３０６７ｍｍとしている。

図１４（ｂ）に前半の吐出周期ｔ１の駆動電圧が印加された状態を示す。偶数層の圧力室７０１内の「＋」の表示は圧力室７０１内の個別電極３０４，３０７にプラスの駆動電圧が印加されていることを、奇数層の圧力室７０１内の「０Ｖ」の表示は圧力室７０１内の個別電極３０４，３０７の駆動電圧が０Ｖであることを示す。同様に空気室７０２内の「ＧＮＤ」の表示は、空気室７０２内の共通電極３０５，３０６に接地電位の０Ｖが印加されていることを示す。圧力室７０１の周囲の圧電体には図１４（ｂ）の矢印で示す電界が加わる。圧電体は電界と平行な方向に伸長し、電界と直交する方向に収縮する。よって、偶数層の圧力室７０１の断面積が小さくなり、内部に充填されている液体の圧力が高められ、吐出口１０２より液体が吐出する。

図１４（ｃ）に後半の吐出周期ｔ２の駆動電圧が印加された状態を示す。圧力室７０１の周囲の圧電体には図１４（ｃ）の矢印で示す電界が加わり、奇数層の圧力室７０１の断面積が小さくなり、内部に充填されている液体の圧力が高められ、吐出口１０２より液体が吐出する。この様に圧力室７０１を時分割駆動することで、同じ循環流路７４４に接続される圧力室７０１で発生する圧力が絞り７４５を通って隣の圧力室７０１の吐出に影響を与えることがなくなり、循環流路７４４を形成することにより発生するクロストークが低減する。

（循環流路寸法の最適化）
本実施形態に係る液体吐出ヘッドでは、図１３に示すように６個の圧力室７０１−１〜７０１−６が共通の循環流路７４４を介して貫通孔７０７と接続される。しかし、絞り７４５から貫通孔７０７までの循環流路７４４に沿った長さは圧力室７０１によって異なる。これにより供給口と回収口の圧力差によって発生する循環流の流量が圧力室７０１−１〜７０１−６の間で異なる。図１５に本実施形態の各部の寸法を用いて計算した流抵抗のモデルを示す。液体の入っている液体貯槽タンク８０１、液体の供給口１１０に液体を送る供給ポンプ８０２、液体吐出ヘッドの回収口１１２から液体を循環回収する循環ポンプ８０３で液体の供給と循環を制御する。供給ポンプ８０２で発生する負圧Ｐ１で吐出口の負圧を制御し適切なメニスカス形状を保つ、循環ポンプ８０３で発生する負圧Ｐ２で液体の循環流量を制御する。

液体の粘度を２ｍＰａ・ｓとした時に実施形態の各寸法を用いて流抵抗を計算した、単位はＰａ・ｓ／ｍ^３である。後方絞り１０７の流抵抗は、開口径が□５０μｍ、長さが０．２ｍｍであることから１．８２×１０^１２になる。圧力室７０１と貫通孔７０７の流抵抗は、幅が６０μｍ、高さが１２０μｍ、長さが３．０ｍｍであることから４．０×１０^１２になる。第２の流路層１０３の流抵抗は、厚みを６０μｍとした場合、絞り７４５の寸法が幅１５μｍ、高さが６０μｍ、長さが４０μｍとなるので、５．５３×１０^１２になる。循環流路７４４の流抵抗は、幅が１１０μｍ、高さが６０μｍ、長さが約０．３１ｍｍであることから５．４６×１０^１１になる。

第２の流路層１０３の厚みを変えることで循環流路７４４の高さを変え、さらに絞り７４５の幅を変えて、圧力室７０１−１の循環流量に対する圧力室７０１−６の循環流量の比を計算した。結果を表１に示す。圧力室７０１間に発生する循環流量の比は液体粘度、循環流量には依存しない。圧力室７０１間の流量差を２倍以下にする場合、循環流路７４４の高さを４０μｍとし絞り７４５の幅を１０μｍとするか、循環流路７４４の高さを６０μｍとし絞り７４５の幅を１０〜１５μｍとする必要がある。第２の流路層１０３はアスペクト比をあまり大きくしない方が形成しやすいので、循環流路７４４の高さを６０μｍとし、絞り７４５の幅を１５μｍとするのが望ましい。

第２の流路層１０３の厚みを変えることで循環流路７４４の高さを変え、さらに絞り７４５の幅を変えて、圧力室７０１−１に対応する吐出口の負圧に対する圧力室７０１−６に対応する吐出口の負圧の上昇を計算した。結果を表２に示す。循環流量は一番流量の少ない圧力室７０１で１０ｎｌ／ｓとした。

第２の流路層１０３厚みを変えることで循環流路７４４の高さを変え、さらに絞り７４５の幅を変えて、圧力室７０１−１に対応する吐出口の負圧に対する圧力室７０１−６に対応する吐出口の負圧の上昇を計算した。使用した流体の粘度は１０ｍＰａ・ｓである。結果を表３に示す。負圧の差が大きくなると吐出特性に差がでるため、一般に負圧差は１ｋＰａ以下が好ましいとされている。上述した圧力室７０１間の循環流量差、吐出口の負圧差、第２の流路層１０３の形成のしやすさを考慮すると、循環流路７４４の高さを６０μｍとし、絞り７４５の幅を１５μｍとするのが望ましい。

１００液体吐出ヘッド
１０１吐出口形成部材
１０２吐出口
１０５圧電ブロック体
１１５流路形成部材
７０１圧力室
７０７貫通孔
７４２液体連通孔
７４４循環流路
７４７液体連通孔群

Claims

圧電体から形成される圧電ブロック体であって、前記圧電ブロック体を第１の方向に貫通し、電圧が印加されて容積が変化する複数の圧力室と、前記圧電ブロック体を前記第１の方向に貫通する少なくとも１つの貫通孔と、を有し、前記複数の圧力室と前記貫通孔を液体が流通可能な圧電ブロック体と、
前記液体が吐出する複数の吐出口を有する吐出口形成部材と、
前記圧電ブロック体と前記吐出口形成部材との間に挟まれた流路形成部材と、を有し、
前記流路形成部材は、前記圧力室と前記吐出口とを連絡する複数の液体連通孔と、前記貫通孔と前記液体連通孔とを連絡する複数の循環流路と、を有し、前記複数の液体連通孔は複数の液体連通孔群に区分され、各液体連通孔群はいずれかの前記循環流路と対応付けられ、対応付けられた前記循環流路だけと接続されている、液体吐出ヘッド。
前記少なくとも１つの貫通孔は、前記複数の液体連通孔群と同数の複数の貫通孔であり、各貫通孔はいずれかの前記循環流路と対応付けられ、対応付けられた前記循環流路だけと接続されている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
前記複数の圧力室を挟んだ前記圧電ブロック体の両側に前記貫通孔が設けられ、前記複数の循環流路は、一方の側の前記貫通孔に近接し前記一方の側の貫通孔と連通する第１の循環流路と、他方の側の前記貫通孔に近接し前記他方の側の貫通孔と連通する第２の循環流路と、を含んでいる、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
前記複数の液体連通孔は千鳥状に配列し、各循環流路は対応する前記液体連通孔群の列に沿って延びている、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
同一の前記液体連通孔群に属する前記液体連通孔と連通し互いに隣接する前記圧力室は、互いに異なるタイミングで駆動される、請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
前記流路形成部材は前記圧電ブロック体に隣接する第１の流路層と、前記第１の流路層及び前記吐出口形成部材に隣接する第２の流路層と、を有し、
前記複数の液体連通孔は前記第１の流路層と前記第２の流路層とを貫通し、前記循環流路は前記第２の流路層を貫通し、前記第１の流路層に面して延びている、請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
前記圧電ブロック体を前記複数の圧力室と並行して前記第１の方向に貫通する複数の空気室を有し、前記複数の空気室の側壁は前記電圧を印加するための電極を有している、請求項１から６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
前記循環流路と前記液体連通孔を接続する流路は前記循環流路と前記液体連通孔のいずれよりも小さい流路断面積を有している、請求項１から７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。