JP2016179555A - 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】気泡が圧力室の内部に溜まることを防止して、インク吐出不良の発生を防止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。
【解決手段】インクジェットヘッドは、基板と、ノズルプレート１００と、インク供給部材と、を有する。基板は、一方の端面から他方の端面に亘って厚み方向に複数の圧力室２０１が形成されている。ノズルプレートは、アクチュエータ１０２と、ノズル１０１とを有する。さらに、基板は、流れ規制経路２０３と、スリット２０５と、を有する。流れ規制経路は、圧力室の各々を挟んで圧力室の両側に圧力室の各々に対応して基板の一方の端面から他方の端面まで厚み方向に形成され、圧力室内のインクの流れを規制する。スリットは、圧力室と流れ規制経路とにそれぞれ連通し、圧力室の幅より狭い幅を有する。
【選択図】図３

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。

例えばオンディマンド形のインクジェットヘッドは、記録紙に向けてインク滴を吐出させることで、記録紙の上に画像を形成する。この種のインクジェットヘッドは、複数のノズルと、個々のノズルに対応した複数のアクチュエータと、を備えている。

基板の表面に圧電式のアクチュエータが形成され、そのアクチュエータに対応してノズル穴が形成されている。そのアクチュエータに対応して基板の裏面からアクチュエータに達する圧力室が形成されている。そして、基板の裏面から圧力室に充填されたインクをアクチュエータにより加圧してノズル穴からインクを吐出する。

特開２０１３−７５５１１号公報

インクジェットヘッドでは、印字動作中にノズルやインク供給路から気泡が圧力室に入る現象が生じる可能性がある。この場合、アクチュエータによるインクの加圧ができずにインク吐出不良が発生する。このようなインク吐出不良が発生すると、印字動作を止めてノズルからインクを吸い出さないと回復しない。

実施形態は、このような事情に鑑み、気泡が圧力室の内部に溜まることを防止して、インク吐出不良の発生を防止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を課題とする。

実施形態のインクジェットヘッドは、基板と、ノズルプレートと、インク供給部材と、を有する。基板は、一方の端面から他方の端面に亘って厚み方向に複数の圧力室が形成されている。ノズルプレートは、アクチュエータと、ノズルとを有する。アクチュエータは、基板の一方の端面に形成され、圧力室の各々を覆い、駆動信号に応じて基板の厚み方向に変形する。ノズルは、アクチュエータの各々に形成され、圧力室と連通する。インク供給部材は、基板の他方の端面に接合され、圧力室に連通するインク供給路を有し、基板の圧力室の開口を封止する。さらに、基板は、流れ規制経路と、スリットと、を有する。流れ規制経路は、圧力室の各々を挟んで圧力室の両側に圧力室の各々に対応して基板の一方の端面から他方の端面まで厚み方向に形成され、圧力室内のインクの流れを規制する。スリットは、圧力室と流れ規制経路とにそれぞれ連通し、圧力室の幅より狭い幅を有する。

第１の実施の形態に係るインクジェット記録装置を概略的に示す縦断面図。 第１の実施の形態のインクジェットプリンタのインク供給系統を示す概略構成図。 第１の実施の形態のインクジェットヘッドの基板に形成された複数の圧力室の配置状態を示す平面図。 第１の実施の形態のインクジェットヘッドの１つのノズルの周囲の断面構造を示す要部の縦断面図。 第１の実施の形態のインクジェットヘッドのインク供給部材を示す要部の横断面図。 図４のＦ６−Ｆ６線断面図。 第２の実施の形態のインクジェットヘッドの基板に形成された複数の圧力室の配置状態を示す平面図。

［第１の実施の形態］
（構成）
図１乃至図６は、第１の実施の形態を示す。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、インクジェットプリンタ１のインク供給系統を示す。インクジェットプリンタ１は、複数のインクジェットヘッド２１に接続される複数のインクタンク５０１、５０２および複数の圧力制御ポンプ５０３、５０４およびインク循環ポンプ５０５を備える。インクジェットヘッド２１は、対応する色のインクを収容するインクタンク５０１、５０２に接続される。
インクジェットヘッド２１は、図示しないインク供給口と、同じく図示しないインク排出口を有し、インク供給口とインク排出口は各々別のインクタンク５０１、５０２に接続される。また、インク供給口に接続されたインクタンク５０１と、インク排出口に接続されたインクタンク５０２はインク循環ポンプ５０５で接続され、インク排出口側のインクタンク５０２に溜まったインクはインク循環ポンプ５０５によりインク供給口側のインクタンク５０１に還流される。

図３は、画像形成装置１６に含まれる一つのインク循環式インクジェットヘッド２１の内部の概略構成を示す説明図である。なお、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。

インクジェットヘッド２１は、保持ローラ１３に保持された記録紙Ｐに、インク滴を吐出することで文字や画像を形成する。インクジェットヘッド２１は、図４に示すようにノズルプレート１００と、圧力室構造体２００と、インク流路構造体３００とを備える。圧力室構造体２００は、基板の一例である。

ノズルプレート１００は、矩形の板状に形成される。ノズルプレート１００は、圧力室構造体２００の上に、一体構造として形成される。ノズルプレート１００は、複数のノズル（オリフィス、インク吐出孔）１０１と、複数のアクチュエータ１０２と、を有する。

複数のノズル１０１は、円形の孔である。ノズル１０１の直径は、例えば２０μｍである。図３に示すように複数のノズル１０１は、ノズルプレート１００の長手方向（図３中で左右方向）および短手方向（図３中で上下方向）に沿ってそれぞれ複数列に並んでいる。すなわち、複数のノズル１０１は、マトリックス状に配置されている。一方の列のノズル１０１と、他方の列のノズル１０１とは、ノズルプレート１００の長手方向において一定の間隔を有して配置される。これにより、複数のアクチュエータ１０２がより高密度に配置される。

ノズルプレート１００の長手方向において、隣接するノズル１０１の中心間距離は、例えば、３４０μｍである。ノズルプレート１００の短手方向において、ノズル１０１の二つの列の間の距離は、例えば、２４０μｍである。

複数のアクチュエータ１０２は、複数のノズル１０１に対応して配置される。言い換えると、アクチュエータ１０２は、対応するノズル１０１と同一軸上に位置する。アクチュエータ１０２は、円環状に形成され、対応するノズル１０１を囲む。アクチュエータ１０２はこれに限らず、例えば、一部が開放された円環状（Ｃ字状）であっても良い。

圧力室構造体２００は、シリコンウエハによって、矩形の板状に形成される。なお、圧力室構造体２００はこれに限らず、例えば、炭化シリコン（ＳｉＣ）やゲルマニウム基板のような他の半導体であっても良い。また、基板はこれに限らず、セラミックス、ガラス、石英、樹脂、または金属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、炭化物、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。圧力室構造体２００の厚さは、例えば７２５μｍである。圧力室構造体２００の厚さは、好ましくは例えば、１００〜７７５μｍの範囲にある。

図４に示すように、圧力室構造体２００は、第１端面２００ａと、第２端面２００ｂと、複数の圧力室（インク室）２０１とを有する。第１および第２端面２００ａ，２００ｂは、平坦化される。第２端面２００ｂは、第１端面２００ａの反対側に位置する。ノズルプレート１００は、第１端面２００ａに固着する。

複数の圧力室２０１は円形の孔である。圧力室２０１の直径は、例えば、１９０μｍである。なお、圧力室２０１の形状はこれに限らない。圧力室２０１は、圧力室構造体２００をその厚さ方向に貫通し、第１および第２端面２００ａ，２００ｂにそれぞれ開口する。第１端面２００ａに開口する複数の圧力室２０１は、ノズルプレート１００によって塞がれる。

複数の圧力室２０１は、複数のノズル１０１に対応して配置される。言い換えると、圧力室２０１は、対応するノズル１０１と同一軸上に位置する。このため、圧力室２０１に、対応するノズル１０１が連通する。圧力室２０１は、ノズル１０１を介してインクジェットヘッド２１の外部につながる。

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、上述の複数のノズル１０１と、複数のアクチュエータ１０２と、共有電極１０６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（共通電極）の一例である。配線電極１０８は、第２の電極（個別電極）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。好ましくは、振動板１０９の厚さは、概ね１μｍから５０μｍの範囲にある。保護膜１１３は、絶縁部の一例である。

振動板１０９は、例えば、圧力室構造体２００の第１端面２００ａに成膜されたＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）によって、矩形の板状に形成される。言い換えると、振動板１０９は、シリコンウエハである圧力室構造体２００の酸化膜である。振動板１０９は、単結晶Ｓｉ（ケイ素）、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）、ＨｆＯ_２（酸化ハフニウム）、ＺｒＯ_２（酸化ジルコニウム）、またはＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）のような他の材料によって形成されても良い。

振動板１０９は、第１の面１０９ａと、第２の面１０９ｂとを有する。第１の面１０９ａは、圧力室構造体２００の第１端面２００ａに固着し、複数の圧力室２０１を塞ぐ。第２の面１０９ｂは、第１の面１０９ａ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１０９ｂの上にある。

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、好ましくは概ね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。

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１０９ｂ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。

配線電極１０８の端部には、図示しない配線電極端子部が配置されている。配線電極端子部は、例えばフレキシブルケーブルを介して図示しない制御部に接続され、アクチュエータ１０２を駆動させるための信号を伝送する。

振動板１０９の第２の面１０９ｂには、図示しない共有電極端子部が配置されている。共有電極端子部は、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に向かって延びる。配線電極１０８の電極部分１０８ａは、ノズル１０１と同心軸上に位置する。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）、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。好ましくは、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、二つの共有電極端子部とを有する。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、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、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。好ましくは、共有電極１０６の厚さは、概ね０．０１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１０９ｂ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、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。好ましくは、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１０９ｂ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、共有電極端子部および配線電極端子部の周辺の保護膜１１３を覆わずに露出させる。

図４に示すように、インク流路構造体３００は、固定面３０１と、インク供給流路３０４と、インク回収流路３０５とを有する。インク流路構造体３００は、例えばステンレスによって矩形の板状に形成される。インク流路構造体３００の厚さは、例えば４ｍｍである。インク流路構造体３００の固定面３０１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。

インク流路構造体３００の材料は、ステンレスに限定されない。インク流路構造体３００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。

インク流路構造体３００の一方の端部には、図示しないインク供給口がある。インク供給口は、例えばチューブのような経路を通じて、インクタンク５０１に接続される。インクタンク５０１に収容されたインクは、例えば圧力制御ポンプ５０４によって、インク供給口に供給される。

インク流路構造体３００の他方の端部には、図示しないインク回収口がある。インク供給口およびインク回収口の配置は、インク流路構造体３００の両端に限らない。インク供給口およびインク回収口は、例えば、インク流路構造体３００の一方の端部に揃って位置したり、インク流路構造体３００の中央部に揃って位置したりしても良い。

インク回収口は、例えばチューブのような経路を通じて、インクタンク５０２に接続される。インク回収口に流入するインクは、例えば圧力制御ポンプ５０３によって、インクタンク５０２に回収される。

図５に示すように、複数のインク供給流路３０４は、固定面３０１に設けられた溝である。インク供給流路３０４は、Ｘ方向に沿って平行に延びている。インク供給流路３０４の深さは、例えば１ｍｍである。インク供給流路３０４の一方の端部は、インク供給口に接続される。このため、インクタンク５０１からインク供給口に供給されたインクは、複数のインク供給流路３０４に流入する。

インク回収流路３０５は、固定面３０１に設けられた溝である。インク回収流路３０５は、各インク供給流路３０４の間に位置する。インク回収流路３０５は、Ｘ方向に沿って、インク供給流路３０４に平行に延びる。インク回収流路３０５の深さは、例えば１ｍｍである。インク回収流路３０５の一方の端部は、インク回収口に接続される。このため、インク回収流路３０５に流入したインクは、インク回収口を通ってインクタンク５０２に回収される。

本実施の形態では、図３および図４、図６に示すように圧力室構造体２００は、圧力室２０１の各々を挟んで圧力室２０１の両側に圧力室２０１内のインクの流れを規制する流れ規制経路２０２、２０３と、スリット２０４、２０５と、を有する。流れ規制経路２０２、２０３は、圧力室２０１の各々に対応して圧力室構造体２００の第１端面２００ａから第２端面２００ｂまで厚み方向に形成されたほぼ矩形状の長孔である。

圧力室２０１の一側面側の流れ規制経路２０２と、圧力室２０１との間にスリット２０４が形成されている。同様に、圧力室２０１の他側面側の流れ規制経路２０３と、圧力室２０１との間にスリット２０５が形成されている。スリット２０４、２０５は、圧力室構造体２００の第１端面２００ａから第２端面２００ｂまで厚み方向に形成された細溝である。スリット２０４、２０５は、圧力室２０１と流れ規制経路２０２、２０３とにそれぞれ連通し、圧力室２０１の幅より狭い幅を有する。好ましくは、スリット２０４、２０５は、ノズル１０１の幅と同じ大きさの幅に設定されている。

図４に示すように、インク流路構造体３００は、複数の第１の接続口３０７と、複数の第２の接続口３０８とを有する。複数の第１の接続口３０７は、インク供給流路３０４と連通される。複数の第２の接続口３０８は、インク回収流路３０５と連通される。第１および第２の接続口３０７，３０８は、圧力室構造体２００とインク流路構造体３００とを貼り合わせることによって形成される。図４に示すように、流れ規制経路２０２の縁と、インク供給流路３０４の縁とが第１の接続口３０７を形成する。また、流れ規制経路２０３の縁と、インク回収流路３０５の縁とが第２の接続口３０８を形成する。第１の接続口３０７を形成するインク供給流路３０４の縁と、第２の接続口３０８を形成するインク回収流路３０５の縁とは平行である。

また、これらの複数の第１の接続口３０７と、複数の第２の接続口３０８とは、圧力室構造体２００の各流れ規制経路２０２、２０３にそれぞれ連通する。ここで、複数の第１の接続口３０７は、圧力室構造体２００の各流れ規制経路２０２に連通する。同様に、複数の第２の接続口３０８は、圧力室構造体２００の各流れ規制経路２０３に連通する。

そのため、インク供給流路３０４に流入したインクは、第１の接続口３０７を通って、圧力室構造体２００の各流れ規制経路２０２に流入する。さらに、各流れ規制経路２０２からスリット２０４を通り、圧力室２０１に流入する。そして、圧力室２０１のインクは、スリット２０５を通り、各流れ規制経路２０３側に流出し、第２の接続口３０８を通って、インク回収流路３０５に流出する。

次に、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、インクがインク流路構造体３００から圧力室構造体２００の各流れ規制経路２０２に流入する。さらに、各流れ規制経路２０２からスリット２０４を通り、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。

上記のインクジェットヘッド２１は、例えば次のように印字（画像形成）を行う。インクタンク５０１から、インクがインク流路構造体３００のインク供給口に供給される。インクは、インク供給流路３０４および第１の接続口３０７を通って、圧力室構造体２００の各流れ規制経路２０２に流入する。さらに、各流れ規制経路２０２からスリット２０４を通り、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、圧力制御ポンプ５０３，５０４によってインク供給口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、制御部に印字指示信号が入力される。印字指示を受けた制御部は、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。
その時、スリット４０３、４０４は、圧力室２０１で加圧されたインクが流れ規制経路４０１、４０２に流出することを規制して、ノズル１０１から吐出するインクの体積や吐出速度が低下するのを防止する。

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。

インク排出口は、インク回収流路３０５の端部に開口する。インク排出口は、例えばチューブを介してインクタンク５０２に接続される。ノズル１０１から吐出しなかったインクは、圧力室２０１からスリット２０５と流れ規制経路２０３と第２の接続口３０８とインク回収流路３０５を通り、インク排出口を通って、インクタンク５０２に排出される。このように、インクタンク５０１と、インク供給流路３０４と、流れ規制経路２０２と、圧力室２０１と、流れ規制経路２０３と、インク回収流路３０５と、インクタンク５０２と、インク循環ポンプ５０５との間で、インクが循環する。インクが循環することで、インクジェットヘッド２１と、インクとの温度が一定に保たれ、例えば熱によるインクの変質が抑制される。

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と、流れ規制経路２０２、２０３と、スリット２０４、２０５と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としてのＳｉＯ_２膜を成膜する。当該ＳｉＯ_２膜は、例えば熱酸化膜法によって成膜される。なお、ＳｉＯ_２膜はＣＶＤ法のような他の方法によって成膜されても良い。

圧力室構造体２００を形成するシリコンウエハは、大きな一枚の円板である。当該シリコンウエハから、後で複数の圧力室構造体２００が切り取られる。なお、これに限らず、一枚の矩形のシリコンウエハから、一つの圧力室構造体２００を形成しても良い。

前記シリコンウエハは、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、前記シリコンウエハは、耐熱性を有し、ＳＥＭＩ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）規格に準じ、且つ鏡面研磨によって平滑化されたものである。

次に、振動板１０９の第２の面１０９ｂ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）、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１０９ｂ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、共有電極端子部と、配線電極端子部とを露出させる。

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と、流れ規制経路２０２、２０３と、スリット２０４、２０５とを形成する。圧力室２０１と、流れ規制経路２０２、２０３と、スリット２０４、２０５とは、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と、流れ規制経路２０２、２０３と、スリット２０４、２０５とが形成される。

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、圧力室構造体２００に、インク流路構造体３００を接着する。圧力室構造体２００にインク流路構造体３００を貼り付けることで、複数の第１および第２の接続口３０７，３０８が形成される。

次に、保護膜１１３にカバーテープを貼り付け、共有電極端子部と配線電極端子部とを覆う。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、共有電極端子部および配線電極端子部に、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、インク供給口およびインク回収口より陽圧空気を注入する。これにより、インク供給流路３０４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。配線電極端子部に、例えばフレキシブルケーブルを介して制御部が接続される。さらに、インク流路構造体３００のインク供給口およびインク回収口が、インクタンク５０１，５０２に接続される。

（作用・効果）
第１の実施形態のインクジェットプリンタ１によれば、圧力室構造体２００は、圧力室２０１の各々を挟んで圧力室２０１の両側に圧力室２０１内のインクの流れを規制する流れ規制経路２０２、２０３と、スリット２０４、２０５と、を有する。これにより、インクジェットプリンタ１の動作時には、インク供給流路３０４に流入したインクは、第１の接続口３０７を通って、圧力室構造体２００の各流れ規制経路２０２に流入する。さらに、流れ規制経路２０２からスリット２０４を通り、圧力室２０１に流入する。そして、圧力室２０１のインクは、スリット２０５を通り、流れ規制経路２０３側に流出し、第２の接続口３０８を通って、インク回収流路３０５に流出する。そのため、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３０８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。
また、アクチュエータ１０２が圧力室２０１内のインクを加圧してノズル１０１からインクを吐出する時、スリット２０４とスリット２０５は、加圧されたインクが圧力室２０１から流れ規制経路２０２や流れ規制経路２０３に流出するのを規制し、アクチュエータ１０２が押し出すインクが効率良くノズル１０１から吐出するようにしている。

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の実施の形態］
（構成）
図７は、第２の実施の形態を示す。本実施の形態は、第１の実施の形態（図１乃至図６参照）のインクジェットヘッド２１の構成を次の通り変更した変形例である。

すなわち、本実施の形態のインクジェットヘッド２１は、圧力室構造体２００の複数の圧力室２０１のインク入口側の複数の流れ規制経路２０２を連通させたインク入口側流れ規制経路４０１を設けている。インク入口側流れ規制経路４０１は、各圧力室２０１毎にそれぞれスリット４０３を形成している。そして、各スリット４０３を通してインク入口側流れ規制経路４０１と各圧力室２０１との間を連通している。

同様に、圧力室構造体２００の複数の圧力室２０１のインク出口側の複数の流れ規制経路２０３を連通させたインク出口側流れ規制経路４０２を設けている。インク出口側流れ規制経路４０２は、各圧力室２０１毎にそれぞれスリット４０４を形成している。そして、各スリット４０４を通してインク出口側流れ規制経路４０２と各圧力室２０１との間を連通している。

（作用・効果）
本実施の形態のインクジェットヘッド２１は、複数の圧力室２０１のインク入口側の複数の流れ規制経路２０２を連通させたインク入口側流れ規制経路４０１と、インク出口側の複数の流れ規制経路２０３を連通させたインク出口側流れ規制経路４０２を設けている。これにより、圧力室構造体２００の構成を簡素化することができ、圧力室構造体２００の製造を容易化することができる。

これらの実施形態によれば、気泡が圧力室の内部に溜まることを防止して、インク吐出不良の発生を防止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ができる。

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。

１…インクジェットプリンタ、２１…インクジェットヘッド、１００…ノズルプレート、１０１…ノズル、１０２…アクチュエータ、１０６…共有電極、１０６ａ…電極部分、１０８…配線電極、１０８ａ…電極部分、１０９…振動板、１１１…圧電体膜、１１２…絶縁膜、１１３…保護膜、１１６…撥インク膜、２００…圧力室構造体、２０１…圧力室、２０２…流れ規制経路、２０３…流れ規制経路、２０４…スリット、２０５…スリット、３００…インク流路構造体、３０４…インク供給流路、３０５…インク回収流路、３０７…接続口、３０８…接続口、４０１…インク入口側流れ規制経路、４０２…インク出口側流れ規制経路、４０３…スリット、４０４…スリット、５０１…インクタンク、５０２…インクタンク、５０３…圧力制御ポンプ、５０４…圧力制御ポンプ、５０５…インク循環ポンプ。

Claims (5)

1. 一方の端面から他方の端面に亘って厚み方向に複数の圧力室が形成された基板と、
   前記基板の前記一方の端面に形成され、前記圧力室の各々を覆い、駆動信号に応じて前記基板の厚み方向に変形するアクチュエータと、前記アクチュエータの各々に形成され、前記圧力室と連通するノズルとを有するノズルプレートと、
   前記基板の前記他方の端面に接合され、前記圧力室に連通するインク供給路を有するとともに前記基板の前記圧力室の開口を封止するインク供給部材と、を有し、
   前記基板は、
   前記圧力室の各々を挟んで前記圧力室の両側に前記圧力室の各々に対応して前記基板の一方の前記端面から他方の前記端面まで厚み方向に形成され、前記圧力室内のインクの流れを規制する流れ規制経路と、
   前記圧力室と前記流れ規制経路とにそれぞれ連通し、前記圧力室の幅より狭い幅を有するスリットと、を有するインクジェットヘッド。
2. 前記インク供給部材は、
   前記圧力室の一側面側の前記流れ規制経路に連通するインク流入部と、
   前記圧力室の他側面側の前記流れ規制経路に連通するインク流出部と、を有する請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記スリットは、前記ノズルの幅と同じ大きさの幅に設定されている請求項１に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記スリットは、複数の前記圧力室の前記流れ規制経路がそれぞれ連通されている請求項１に記載のインクジェットヘッド。
5. 請求項１から４のいずれか１のインクジェットヘッドを有するインクジェット記録装置。