JP2017132211A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】凹部の深さを確保し、気泡の排出性を向上した液体噴射ヘッドを提供する。【解決手段】ノズル開口に連通する圧力発生室１２が形成された流路形成基板１０と、複数の圧力発生室１２に共通して連通するマニホールドと圧力発生室１２とを連通する供給路１９を有する連通板１５と、を具備し、連通板１５には、マニホールドの少なくとも一部を構成する凹部１８が、流路形成基板１０とは反対面側に開口して設けられており、凹部１８は、第１凹部１８１と、第１凹部１８１よりも深さの深い第２凹部１８２とを具備し、供給路１９は、ノズル開口から液体を吐出する吐出用圧力発生室１２Ａに連通する吐出用供給路１９Ａと、液体を吐出しないダミー圧力発生室１２Ｂに連通するダミー用供給路１９Ｂと、を具備し、吐出用供給路１９Ａは、第１凹部１８１の底面に開口して設けられ、ダミー用供給路１９Ｂは、第２凹部１８２の底面に開口して設けられている。【選択図】図６

Description

本発明は、ノズル開口から液体を吐出する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特に、液体としてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。

液滴を噴射する液体噴射ヘッドの代表例であるインクジェット式記録ヘッドとしては、例えば、ノズル開口と、ノズル開口に連通する圧力発生室と、を具備し、圧力発生手段によって圧力発生室内のインクに圧力変化を生じさせることで、ノズル開口からインク滴を吐出させるものがある。

このようなインクジェット式記録ヘッドでは、複数の圧力発生室が形成された圧力室形成基板と、複数の圧力発生室に共通して連通する共通液室（マニホールドとも言う）の少なくとも一部を構成する凹部が形成された連通基板とを積層し、連通基板の圧力室形成基板とは反対側に凹部を設けると共に、連通基板に凹部と各圧力発生室とを連通する供給流路を積層方向に沿って貫通して設けた構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−０３７１３３号公報

しかしながら、供給路は、その流路抵抗がインクの吐出特性に大きな影響を及ぼすため、流路断面積（穴径）や流路長さを適切に設定しなければならないが、流路長さを適切に設定すると、マニホールドの一部を構成する凹部の深さが減少し、凹部における流路抵抗が大きくなってしまうという問題がある。これに対して、凹部を深く形成すると、供給路の流路長が不足し、適切な流路長で供給路を形成することができなくなってしまうという問題がある。
また、マニホールド内のインクに含まれる気泡の排出性の向上も望まれている。
なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドに限定されず、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。

本発明はこのような事情に鑑み、凹部の深さ及び供給路の必要な長さを確保することができると共に気泡の排出性を向上した液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、複数の前記圧力発生室に共通して連通するマニホールドと前記圧力発生室とを連通する供給路を有する連通板と、を具備し、前記連通板には、前記マニホールドの少なくとも一部を構成する凹部が、前記流路形成基板とは反対面側に開口して設けられており、前記凹部は、第１凹部と、該第１凹部よりも深さの深い第２凹部とを具備し、前記供給路は、前記ノズル開口から液体を吐出する吐出用圧力発生室に連通する吐出用供給路と、前記ノズル開口から液体を吐出しないダミー圧力発生室に連通するダミー用供給路と、を具備し、前記吐出用供給路は、前記第１凹部の底面に開口して設けられ、前記ダミー用供給路は、前記第２凹部の底面に開口して設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、吐出用供給路を第１凹部の底面に開口させることで、吐出用供給路の長さを確保して、圧力損失を低減して吐出効率を向上することができる。また、第２凹部を設けることで、マニホールドの容積を確保することができると共に小型化することができる。さらに、ダミー用供給路を第２凹部の底面に開口させることで、ダミー用供給路の流路抵抗を吐出用供給路よりも低減して、液体に含まれる気泡をダミー用供給路から排出させ易くすることができる。

ここで、前記供給路が、第１の方向に並設されており、前記ダミー用供給路が、前記第１の方向の端部側に少なくとも１以上設けられていることが好ましい。これによれば、マニホールドの気泡が滞留し易い第１の方向の端部の気泡をダミー用供給路から排出させることができ、さらに気泡排出性を向上することができる。

また、前記ダミー用供給路が、前記第１の方向の両端部にそれぞれ設けられていることが好ましい。これによれば、マニホールドの気泡が滞留し易い第１の方向の両端部の気泡をダミー用供給路から排出させることができ、さらに気泡排出性を向上することができる。

さらに、前記連通板は、表面の結晶面方位が｛１１０｝面となるシリコン基板であり、前記第１凹部及び前記第２凹部の底面は、結晶面方位が｛１１０｝面で形成されており、前記第１凹部と前記第２凹部との間には、前記第１凹部の底面から前記第２凹部の底面に向けて傾斜した傾斜面が設けられており、前記傾斜面は、前記｛１１０｝面に対して傾斜した任意の面と、前記｛１１０｝面と当該｛１１０｝面に対して垂直な第１の｛１１１｝面とに対して傾斜した第３の｛１１１｝面と、で形成されていることが好ましい。これによれば、異方性エッチングによって精密加工を行って、高精度な第１凹部、第２凹部および傾斜面を形成することができる。また、傾斜面を設けることで、液体の流れの澱みを抑制してさらに気泡排出性を向上することができる。

また、前記傾斜面は、前記第３の｛１１１｝面で形成された第２傾斜面が、前記供給路の並設方向である第１の方向に亘って複数並設されており、前記第１の方向で互いに隣り合う前記第２傾斜面のピッチが、前記第１の方向で互いに隣り合う前記供給路のピッチより大きいことが好ましい。これによれば、気泡が傾斜面に沿って第１の方向に移動し易く、ダミー用供給路から気泡が排出され易い。

また、前記第２傾斜面の前記ピッチが、４２．４μｍ以下であることが好ましい。これによれば、傾斜面に沿って移動する気泡の引っ掛かりを抑制することができる。

また、互いに隣り合う前記ダミー用供給路のピッチが、互いに隣り合う前記吐出用供給路のピッチよりも大きいことが好ましい。これによれば、ダミー用供給路及びこれに連通する流路の横断面積を広げることができ、ダミー用供給路から液体を排出するまでの流路の流路抵抗を吐出用供給路の吐出までの流路に比べてさらに低減することができる。

さらに、本発明の他の態様は、上記態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、圧力損失を低減して吐出効率を向上することができると共に気泡排出性を向上した液体噴射装置を実現できる。

また、前記ダミー圧力発生室に連通する前記ノズル開口のみから吸引動作を行う吸引手段を具備することが好ましい。これによれば、ダミー圧力発生室を介してマニホールド内の気泡を効率よく吸引動作で排出させることができる。

本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。 本発明の実施形態１に係る流路形成基板の平面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。 本発明の実施形態１に係る連通板の平面図である。 本発明の実施形態１に係る連通板の要部を切り欠いた斜視図である。 本発明の実施形態１に係る気泡の流れを示す連通板の平面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態２に係る連通板の平面図である。 本発明の実施形態３に係る連通板の平面図である。 本発明の一実施形態に係る記録装置の概略図である。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドであるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図２は、記録ヘッドの流路形成基板の要部平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ′線断面図であり、図４は、図３の要部を拡大した図であり、図５は、図２のＢ−Ｂ′線断面図であり、図６は、図２のＣ−Ｃ′線断面図であり、図７は、連通板の平面図であり、図８は、連通板の要部を切り欠いた斜視図である。

図示するように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１（以下、単に記録ヘッド１とも言う）を構成する流路形成基板１０には、一方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２がインクを吐出する複数のノズル開口２１が並設される方向に沿って並設されている。以降、この方向を圧力発生室１２の並設方向、又は第１の方向Ｘと称する。また、流路形成基板１０には、圧力発生室１２が第１の方向Ｘに並設された列が複数列、本実施形態では、２列設けられている。この圧力発生室１２の列が複数列設された列設方向を、以降、第２の方向Ｙと称する。さらに、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙの両方に直交する方向を第３の方向Ｚと称し、詳しくは後述するケース部材４０側をＺ１側、ノズルプレート２０側をＺ２側と称する。なお、第１の方向Ｘ、第２の方向Ｙ及び第３の方向Ｚは、互いにそれぞれ直交する方向としたが、特にこれに限定されず、直交以外の角度で交差する方向であってもよい。
このような流路形成基板１０のＺ２側の面側には、連通板１５と、ノズルプレート２０とが順次積層されている。

連通板１５には、図３及び図４に示すように、圧力発生室１２とノズル開口２１とを連通するノズル連通路１６が設けられている。連通板１５は、流路形成基板１０よりも大きな面積を有し、ノズルプレート２０は流路形成基板１０よりも小さい面積を有する。このように連通板１５を設けることによってノズルプレート２０のノズル開口２１と圧力発生室１２とを離せるため、圧力発生室１２の中にあるインクは、ノズル開口２１付近のインクで生じるインク中の水分の蒸発による増粘の影響を受け難くなる。また、ノズルプレート２０は圧力発生室１２とノズル開口２１とを連通するノズル連通路１６の開口を覆うだけで良いので、ノズルプレート２０の面積を比較的小さくすることができ、コストの削減を図ることができる。なお、本実施形態では、ノズルプレート２０のノズル開口２１が開口されて、インク滴が吐出される面を液体噴射面２０ａと称する。
また、連通板１５には、マニホールド１００の一部を構成する第１マニホールド部１７と、本実施形態の凹部である第２マニホールド部１８とが設けられている。

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

ここで第２マニホールド部１８は、図４〜図８に示すように、流路形成基板１０とは反対側であるＺ２側の面に開口する第１凹部１８１と、Ｚ２側の面に開口して第１凹部１８１よりも深い第２凹部１８２と、を具備する。第１凹部１８１と第２凹部１８２とは、第２の方向Ｙに並んで形成されており、第２凹部１８２の第１マニホールド部１７とは反対側に第１凹部１８１が配置されている。

このような第１凹部１８１と第２凹部１８２とは、第３の方向Ｚの深さの違いによって段差状に形成されている。言い換えると、第２凹部１８２から見ると、Ｚ２側に盛り上がった台地状の部分に第１凹部１８１が形成されている。そして、第１凹部１８１と第２凹部１８２との間には、第２凹部１８２の底面から第１凹部１８１の底面に向かって傾斜する傾斜面１８３が設けられている。この傾斜面１８３は、第３の方向Ｚに対して傾斜して設けられており、傾斜面１８３の傾斜方向は、第２凹部１８２の底面から第１凹部１８１の底面に向かう方向、すなわち、第２凹部１８２の第２の方向Ｙの幅が徐々に漸大する方向となっている。なお、第１凹部１８１の底面及び第２凹部１８２の底面とは、第１凹部１８１及び第２凹部１８２のそれぞれのＺ１側の面のことである。本実施形態では、第１凹部１８１の底面及び第２凹部１８２の底面は、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙを含む平坦面としたが、特にこれに限定されず、例えば、第１凹部１８１の底面及び第２凹部１８２の底面は、第３の方向Ｚに直交する方向に対して傾斜した面であってもよい。

ここで、連通板１５は、本実施形態では、表面の結晶面方位が｛１１０｝面のシリコン基板（シリコン単結晶基板）からなる。そして、少なくとも第２マニホールド部１８は、連通板１５をＺ１側の面からＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより形成されている。異方性エッチングは、シリコン単結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われる。本実施形態では、連通板１５のＺ１及びＺ２側の面の面方位が｛１１０｝のシリコン単結晶基板からなるため、シリコン単結晶基板の｛１１０｝面のエッチングレートと比較して｛１１１｝面のエッチングレートが約１／１８０であるという性質を利用して行われる。すなわち、シリコン単結晶基板をアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に浸食されて｛１１０｝面に垂直な第１の｛１１１｝面と、この第１の｛１１１｝面と約７０度の角度をなし且つ上記｛１１０｝面に垂直な第２の｛１１１｝面と、上記｛１１０｝面と約３５度の角度をなし且つ第１の｛１１１｝面と５４．７４度の角度をなす第３の｛１１１｝面とが出現する。本実施形態では、第１凹部１８１の底面及び第２凹部１８２の底面を｛１１０｝面で形成した。また、傾斜面１８３は、（エッチングレートの大きい）任意の面で形成された第１傾斜面１８３ａと、第３の｛１１１｝面で形成された第２傾斜面１８３ｂとを第１の方向Ｘに交互に並設して形成されている。すなわち、傾斜面１８３は、互いに角度の異なる第１傾斜面１８３ａと第２傾斜面１８３ｂとが第１の方向Ｘに交互に並設され形成されている。

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

ここで、図６に示すように、本実施形態の圧力発生室１２は、連通するノズル開口２１からインク滴の吐出に用いられる吐出用圧力発生室１２Ａと、連通するノズル開口２１からインク滴の吐出に用いられないダミー圧力発生室１２Ｂとに分けられる。なお、インク滴の吐出に用いられないダミー圧力発生室１２Ｂとは、紙や記録シート等の被噴射媒体にインク滴を着弾させて文字や画像を形成する、所謂、印刷に用いられないものを言う。すなわち、印刷には吐出用圧力発生室１２Ａに連通するノズル開口２１から吐出されたインク滴が用いられる。ちなみに、印刷に用いなければ、つまり、被噴射媒体にインク滴を着弾させなければ、ダミー圧力発生室１２Ｂに連通するノズル開口２１から圧電アクチュエーター３００の駆動によりインク滴を吐出させてもよい。なお、ダミー圧力発生室１２Ｂに連通するノズル開口２１からは、クリーニング時のインクの排出が行われる。ちなみに、クリーニングとは、インク滴の吐出、所謂、フラッシングや、ノズル開口２１をキャップで覆い、キャップ内を吸引ポンプ等で負圧にすることによってノズル開口２１からダミー圧力発生室１２Ｂ及びマニホールド１００内のインクを気泡やゴミ等の異物と共に吸引する吸引クリーニング等が挙げられる。

本実施形態では、第１の方向Ｘに並設された圧力発生室１２のうち、第１の方向Ｘの両端部側に設けられた１以上の圧力発生室１２をダミー圧力発生室１２Ｂとし、それ以外の圧力発生室１２を吐出用圧力発生室１２Ａとした。また、本実施形態では、ダミー圧力発生室１２Ｂを第１の方向Ｘの両端部のそれぞれに４個ずつ、合計８個設けるようにした。

このような圧力発生室１２とマニホールド１００とを連通する供給路１９は、上述のように第１の方向Ｘに直線状に並設されている。そして、図４〜図８に示すように、吐出用圧力発生室１２Ａとマニホールド１００とを連通する吐出用供給路１９Ａは、第１凹部１８１の底面に開口して設けられている。これに対して、供給路１９のうち、第２凹部１８２の底面に開口して設けられている。すなわち、供給路１９のうち、ダミー用供給路１９Ｂが開口する部分には、第２凹部１８２が形成されている。つまり、供給路１９は、第１の方向Ｘに並設されているため、第１凹部１８１は、供給路１９の並設方向の中央部側に設けられ、第２凹部１８２は、供給路１９の並設方向の両端部側に延設されている。このように吐出用供給路１９Ａを第１凹部１８１の底面に開口させることで、図４及び図６に示すように、マニホールド１００と吐出用圧力発生室１２Ａとを連通する吐出用供給路１９Ａの流路長を長く確保することができる。これに対して、ダミー用供給路１９Ｂを第２凹部１８２の底面に開口させることで、図５及び図６に示すように、マニホールド１００とダミー圧力発生室１２Ｂとを連通するダミー用供給路１９Ｂの長さを吐出用供給路１９Ａに比べて短くすることができる。なお、本実施形態では、吐出用供給路１９Ａとダミー用供給路１９Ｂとは、本実施形態では、第３の方向ＺのＺ１側において同じ面に開口することで、その長さに差が生じるものである。このため、吐出用供給路１９Ａとダミー用供給路１９ＢとがＺ１側で開口する位置が異なる場合には、吐出用供給路１９Ａとダミー用供給路１９Ｂとの長さの関係が、上述した条件と同じになるようにＺ１側の開口を配置する必要がある。

このように、吐出用供給路１９Ａを第１凹部１８１の底面に開口させることで、吐出用供給路１９Ａの長さを第２凹部１８２の深さに左右されることなく、必要な長さを適切に設定することができる。すなわち、吐出用供給路１９Ａの長さを確保して、吐出用供給路１９Ａの圧力損失を低減して、吐出効率を向上することができる。ちなみに、吐出用供給路１９Ａにおける圧力損失は、吐出用供給路１９Ａの開口径と長さによって決まるものであるが、開口径の小径化は技術的に限界がある。このため、吐出用供給路１９Ａの開口径によって吐出効率が足りない場合には、長さを確保して吐出効率を向上する必要がある。本実施形態では、吐出用供給路１９Ａを第２凹部１８２よりも浅い第１凹部１８１の底面に開口させることで、吐出用供給路１９Ａの開口径の小径化が困難であっても、長さを確保して、吐出効率を向上させることができる。また、吐出用供給路１９Ａが開口する第１凹部１８１よりも深い第２凹部１８２を設けることで第２マニホールド部１８の容積を確保することができ、第２マニホールド部１８における圧力損失を低減して、吐出効率を向上することができる。そして、このような構成を採用することにより、連通板１５の第３の方向Ｚの厚さが薄くなる傾向にあっても、吐出用供給路１９Ａの長さ及び第２マニホールド部１８の深さ（第２凹部１８２の深さ）の確保を両立させることができるので、インク吐出特性等を低下させることなく、すなわち、吐出特性に影響を及ぼすことなく記録ヘッド１の小型化を図ることができる。

また、ダミー用供給路１９Ｂを第２凹部１８２の底面に開口させて、その長さを短くすることで、ダミー用供給路１９Ｂの流路抵抗を吐出用供給路１９Ａの流路抵抗よりも低減することができる。したがって、全てのノズル開口２１から吸引動作による吸引クリーニングを行った際に、マニホールド１００からノズル開口２１までの供給路１９を通過する経路において、ダミー用供給路１９Ｂを通る経路の流量が多くなる。このため、マニホールド１００内のインクに含まれる気泡が、流路抵抗の低いダミー用供給路１９Ｂを介して排出される。また、ダミー用供給路１９Ｂは、第２凹部１８２の底面に開口しているため、第１マニホールド部１７から第２マニホールド部１８に供給されたインク及びそれに含まれる気泡は、傾斜面１８３を乗り越えずにダミー用供給路１９Ｂの開口に到達しやすい。特に、圧力発生室１２が第２マニホールド部１８に対して鉛直方向上側となるように配置されていると、インクに含まれる気泡は浮力によって鉛直方向上側に移動するため、気泡は傾斜面１８３を鉛直方向下側に移動して乗り越えるのが困難となり、気泡が吐出用供給路１９Ａの開口に到達し難い。このため、図９に示すように、マニホールド１００内のインクに含まれる気泡２００は、第２凹部１８２の底面（鉛直方向における天井面）において傾斜面１８３に沿って第１の方向Ｘに移動して、第２凹部１８２の底面に開口するダミー用供給路１９Ｂに到達し易い。したがって、マニホールド１００内のインクに含まれる気泡２００は、ダミー用供給路１９Ｂ及びダミー圧力発生室１２Ｂを介してノズル開口２１から排出され易く、気泡排出性を向上することができる。また、インクに含まれる気泡２００が吐出用供給路１９Ａから吐出用圧力発生室１２Ａに侵入するのを抑制することができるため、吐出用圧力発生室１２Ａに侵入した気泡２００が排出されずに滞留することによるインク滴の吐出不良を抑制することができる。なお、吸引クリーニングを全てのノズル開口２１に対して行った場合について説明したが、もちろん、吸引クリーニングをダミー圧力発生室１２Ｂに連通するノズル開口２１のみに対して行うようにしてもよい。つまり、ダミー圧力発生室１２Ｂに連通するノズル開口２１のみから吸引動作を行う吸引手段を具備するようにしてもよい。吸引手段としては、液体噴射面２０ａに当接してノズル開口２１を覆うキャップと、キャップ内を吸引して負圧にする吸引ポンプ等の吸引装置とを具備する従来周知のものを用いることができる。ちなみに、吸引手段がダミー圧力発生室１２Ｂに連通するノズル開口２１のみを吸引する場合には、ダミー圧力発生室１２Ｂに連通するノズル開口２１のみを覆うキャップを用いればよい。また、キャップが全てのノズル開口２１を覆う場合には、ダミー圧力発生室１２Ｂに連通するノズル開口２１以外を閉塞する閉塞手段等をさらに設ければよい。このように、ダミー圧力発生室１２Ｂに連通するノズル開口２１のみから吸引クリーニングを行った場合であっても、流路抵抗の低いダミー用供給路１９Ｂからインクの気泡の排出を効率よく行うことができる。また、本実施形態では、ダミー用供給路１９Ｂを供給路１９の並設方向である第１の方向Ｘの両端部にそれぞれ設けるようにした。このため、マニホールド１００内において気泡の滞留し易い第１の方向Ｘの両端部の気泡をダミー用供給路１９Ｂから排出することができ、気泡の滞留をさらに抑制することができる。

さらに、第１凹部１８１と第２凹部１８２との間に傾斜面１８３を設けるようにしたため、傾斜面１８３と第２凹部１８２の底面とがなす角度を鈍角とすることができる。したがって、この傾斜面１８３と第２凹部１８２の底面との間の角部のインクの流れを向上して、角部における気泡の滞留を抑制することができる。なお、本実施形態では、第１凹部１８１も異方性エッチングによって形成したため、第１凹部１８１と連通板１５のノズルプレート２０が接合される面との間にも傾斜面１８３と同様の傾斜面が形成されている。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

また、圧電アクチュエーター３００の第１電極６０からは、引き出し配線である個別配線９１が引き出されている。また、第２電極８０からは、引き出し配線である共通配線９２が引き出されている。さらに、個別配線９１及び共通配線９２の圧電アクチュエーター３００に接続された端部とは反対側の延設された端部には、フレキシブルケーブル１２０が接続されている。フレキシブルケーブル１２０は、可撓性を有する配線基板であって、本実施形態では、駆動素子である駆動回路１２１が実装されている。

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

また、保護基板３０上には、複数の圧力発生室１２に連通するマニホールド１００を流路形成基板１０と共に画成するケース部材４０が固定されている。ケース部材４０は、平面視において上述した連通板１５と略同一形状を有し、保護基板３０に接合されると共に、上述した連通板１５にも接合されている。具体的には、ケース部材４０は、保護基板３０側に流路形成基板１０及び保護基板３０が収容される深さの凹部４１を有する。この凹部４１は、保護基板３０の流路形成基板１０に接合された面よりも広い開口面積を有する。そして、凹部４１に流路形成基板１０等が収容された状態で凹部４１のノズルプレート２０側の開口面が連通板１５によって封止されている。これにより、流路形成基板１０の外周部には、ケース部材４０と流路形成基板１０とによって第３マニホールド部４２が画成されている。そして、連通板１５に設けられた第１マニホールド部１７及び第２マニホールド部１８と、ケース部材４０と流路形成基板１０とによって画成された第３マニホールド部４２と、によって本実施形態のマニホールド１００が構成されている。マニホールド１００は、圧力発生室１２の並設方向である第１の方向Ｘに亘って連続して設けられており、各圧力発生室１２とマニホールド１００とを連通する供給路１９は、第１の方向Ｘに並設されている。

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

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

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

ここで、連通板１５における供給路１９及び第２マニホールド部１８の形成方法について、図１０〜図１４を参照して説明する。なお、図１０〜図１４は、連通板の製造方法を示す断面図である。
まず、図１０に示すように、連通板１５となるシリコン単結晶基板である基材１５０に吐出用供給路１９Ａ及びダミー用供給路１９Ｂとなる供給路１９を形成する。供給路１９の形成方法は特に限定されず、例えば、レーザー加工、ボッシュ法のエッチング、サンドブラスト法等から選択される少なくとも１つを用いて形成することができる。

次に、図１１に示すように、基材１５０の表面に第２凹部１８２となる部分に開口を有するマスク１５１を形成する。このとき、第１凹部１８１が形成される領域のマスク１５１をハーフエッチングすることにより薄くする。これにより、後の工程でマスク１５１の厚さを減らすことで、第１凹部１８１が形成される領域が開口するようにする。

次に、図１２に示すように、基材１５０をＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチングすることにより、第２凹部１８２の深さの一部を形成する。すなわち、ここでは、第２凹部１８２の深さを完全に形成することなく、その一部のみを形成する。
次に、図１３に示すように、マスク１５１の厚さを薄くする。これにより、第２凹部１８２が形成される領域に加えて第１凹部１８１が形成される領域も開口させる。

次に、図１４に示すように、基材１５０を異方性エッチングすることにより、第１凹部１８１と第２凹部１８２とを有する第２マニホールド部１８を形成する。すなわち、この工程では、第１凹部１８１を形成すると同時に第２凹部１８２の残りを形成する。

以上の工程によって連通板１５に供給路１９と、第１凹部１８１及び第２凹部１８２を有する第２マニホールド部１８が形成される。なお、ノズル連通路１６は、上述した供給路１９を形成する工程で同時に形成するようにしてもよく、他の工程で形成するようにしてもよい。また、第１マニホールド部１７は、異方性エッチングによって形成してもよく、ドライエッチングやレーザー加工等によって形成してもよい。

このように、連通板１５の基材１５０は、表面の結晶面方位が｛１１０｝面のシリコン単結晶基板からなるため、第１凹部１８１及び第２凹部１８２の底面は｛１１０｝面で形成される。また、第１凹部１８１と第２凹部１８２との間の傾斜面１８３は、任意の面である第１傾斜面１８３ａと、第３の｛１１１｝面である第２傾斜面１８３ｂとで形成される（図８参照）。したがって、傾斜面１８３を別途形成する工程が不要となり、コストを低減することができる。

（実施形態２）
図１５は、本発明の実施形態２に係る連通板の平面図である。なお、上述した実施形態１と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図１５に示すように、本実施形態の連通板１５には、第２マニホールド部１８として、第１凹部１８１と第２凹部１８２とが形成されており、第１凹部１８１と第２凹部１８２との間には傾斜面１８３が形成されている。

傾斜面１８３は、任意の面である第１傾斜面１８３ａと、第３の｛１１１｝面である第２傾斜面１８３ｂとが、第１の方向Ｘに交互に並設されて構成されている。
傾斜面１８３における気泡排出性は、第１の方向Ｘのインク速度、インク物性、第２傾斜面１８３ｂのピッチｄ_１により決定される。ここでは第２傾斜面１８３ｂの第１の方向Ｘにおけるピッチｄ_１は、供給路１９のピッチｄ_２よりも小さい（ｄ_１＜ｄ_２）。ここで、ピッチｄ_１とは、第１の方向Ｘで互いに隣り合う第２傾斜面１８３ｂの中心間の距離のことであり、ピッチｄ_２とは、第１の方向Ｘで互いに隣り合う供給路１９の中心間の距離のことである。

このように、第２傾斜面１８３ｂのピッチｄ_１を供給路１９のピッチｄ_２よりも小さくすることで、傾斜面１８３において第１の方向Ｘに移動する気泡２００の引っかかりを抑制して、気泡２００を傾斜面１８３に沿って第１の方向Ｘに移動し易くすることができる。したがって、ダミー用供給路１９Ｂ側に気泡２００を移動させ易くして、気泡排出性を向上することができる。

ちなみに、供給路１９のピッチｄ_２は、ノズル開口２１のピッチに合わせて形成されたものであり、ノズル開口２１が３００ｄｐｉの場合には、供給路１９のピッチｄ_２は約８４．７μｍとなる。これに対して、第２傾斜面１８３ｂのピッチｄ_１としては、８４．７μｍよりも小さなピッチであればよく、例えば、ノズル開口２１が６００ｄｐｉの場合のピッチ、すなわち、約４２．４μｍ以下であるのが好ましく、１２００ｄｐｉの場合のピッチ、すなわち、約２１．３μｍが好適である。このように、第２傾斜面１８３ｂのピッチｄ_１を約４２．４μｍ以下、好ましくは２１．３μｍ以下とすることで、斜面１８３の第２の方向Ｙへの出っ張りが小さくなるため、傾斜面１８３において気泡２００が引っかかることなく、気泡２００を第１の方向Ｘに移動させることができる。

（実施形態３）
図１６は、本発明の実施形態３に係る連通板の平面図である。なお、上述した実施形態１と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図１６に示すように、本実施形態の連通板１５には、第１凹部１８１の底面に開口する吐出用供給路１９Ａと、第２凹部１８２の底面に開口するダミー用供給路１９Ｂとなる複数の供給路１９が設けられている。

ダミー用供給路１９Ｂのピッチｄ_３は、吐出用供給路１９Ａのピッチｄ_２よりも大きい（ｄ_３＞ｄ_２）。このため、ダミー用供給路１９Ｂからノズル開口２１までの流路の断面積を大きくすることができる。すなわち、隣り合うダミー用供給路１９Ｂのピッチｄ_３を大きくすることで、隣り合うダミー用供給路１９Ｂの間にスペースを確保することができる。したがって、ダミー用供給路１９Ｂの開口径を大きくすることができる。また、ダミー用供給路１９Ｂに連通するダミー圧力発生室１２Ｂのピッチもダミー用供給路１９Ｂに合わせて大きくすれば、ダミー用供給路１９Ｂの開口径に関わらずダミー圧力発生室１２Ｂの横断面積を大きくすることができる。同様に、ノズル連通路１６の横断面積も大きくすることができると共に、ノズル開口２１も大きくすることができる。すなわち、ダミー用供給路１９Ｂのピッチｄ_３を大きくすることで、それに連通するダミー圧力発生室１２Ｂ、ノズル連通路１６及びノズル開口２１などの流路のピッチも大きくすることができる。つまり、ダミー用供給路１９Ｂのピッチｄ_３を大きくすることで、ダミー用供給路１９Ｂ、ダミー圧力発生室１２Ｂ、ノズル連通路１６及びノズル開口２１から選択される少なくとも１つの横断面積を大きくすることができる。これによりダミー用供給路１９Ｂからノズル開口２１までの流路抵抗を、吐出用供給路１９Ａからノズル開口２１までの流路抵抗に比べてさらに低減することができ、気泡排出性をさらに向上することができる。
もちろん、本実施形態の供給路１９と、上述した実施形態２の傾斜面１８３とを組み合わせることでさらに気泡排出性を向上することもできる。

（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。
例えば、上述した各実施形態では、ダミー用供給路１９Ｂを供給路１９の並設方向である第１の方向Ｘの両端部に設けるようにしたが、特にこれに限定されず、ダミー用供給路１９Ｂの配置は第１の方向Ｘの両端部に限定されるものではなく、また、ダミー用供給路１９Ｂの位置に合わせて第２凹部１８２を形成すればよい。また、ダミー用供給路１９Ｂの数についても、上述した実施形態１〜３に限定されず、ダミー用供給路１９Ｂは、１つであっても２以上の複数であってもよい。

また、上述した各実施形態では、傾斜面１８３を第１の方向Ｘに対する角度の異なる第１傾斜面１８３ａと第２傾斜面１８３ｂとを交互に配置するようにしたが、特にこれに限定されず、傾斜面１８３が、１つの第２傾斜面１８３ｂで形成されていてもよい。すなわち、第２マニホールド部１８が、第２傾斜面１８３ｂの角度に沿って形成されていてもよい。つまり、連通板１５の第１の方向Ｘが、第２傾斜面１８３ｂを構成する第３の｛１１１｝面に沿った方向となるように用いるようにしてもよい。

さらに、上述した各実施形態では、連通板１５として、表面の結晶面方位が｛１１０｝のシリコン基板を用いて、第２マニホールド部１８を異方性エッチングによって形成したが、特にこれに限定されず、例えば、連通板１５として、結晶面方位が｛１００｝面のシリコン基板であってもよく、ＳＯＩ基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。また、第２マニホールド部１８の形成方法も異方性エッチングに限定されず、例えば、ドライエッチング、機械加工等であってもよい。

また、上述した各実施形態では、圧力発生室１２に圧力変化を生じさせる圧力発生手段として、薄膜型の圧電アクチュエーター３００を用いて説明したが、特にこれに限定されず、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型の圧電アクチュエーターや、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電アクチュエーターなどを使用することができる。また、圧力発生手段として、圧力発生室内に発熱素子を配置して、発熱素子の発熱で発生するバブルによってノズル開口から液滴を吐出するものや、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズル開口から液滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエーターなどを使用することができる。
このような記録ヘッド１は、インクジェット式記録装置Ｉに搭載される。図１７は、本実施形態のインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。

図１７に示すインクジェット式記録装置Ｉにおいて、記録ヘッド１は、液体供給手段を構成するカートリッジ２が着脱可能に設けられ、この記録ヘッド１を搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。

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

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

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

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

Ｉ…インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、１…インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、２…カートリッジ、１０…流路形成基板（基板）、１１…隔壁、１２…圧力発生室、１２Ａ…吐出用圧力発生室、１２Ｂ…ダミー圧力発生室、１５…連通板、１６…ノズル連通路、１７…第１マニホールド部、１８…第２マニホールド部（凹部）、１９…供給路、１９Ａ…吐出用供給路、１９Ｂ…ダミー用供給路、２０…ノズルプレート、２１…ノズル開口、３０…保護基板、４０…ケース部材、４５…コンプライアンス基板、５０…振動板、６０…第１電極、７０…圧電体層、７１…凹部、８０…第２電極、９１…個別配線、９２…共通配線、１００…マニホールド、１２０…フレキシブルケーブル、１２１…駆動回路、１８１…第１凹部、１８２…第２凹部、１８３…傾斜面、１８３ａ…第１傾斜面、１８３ｂ…第２傾斜面、３００…圧電アクチュエーター（圧力発生手段）、３１０…能動部

Claims (9)

1. 液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、
   複数の前記圧力発生室に共通して連通するマニホールドと前記圧力発生室とを連通する供給路を有する連通板と、
   を具備し、
   前記連通板には、前記マニホールドの少なくとも一部を構成する凹部が、前記流路形成基板とは反対面側に開口して設けられており、
   前記凹部は、第１凹部と、該第１凹部よりも深さの深い第２凹部とを具備し、
   前記供給路は、前記ノズル開口から液体を吐出する吐出用圧力発生室に連通する吐出用供給路と、前記ノズル開口から液体を吐出しないダミー圧力発生室に連通するダミー用供給路と、を具備し、
   前記吐出用供給路は、前記第１凹部の底面に開口して設けられ、
   前記ダミー用供給路は、前記第２凹部の底面に開口して設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記供給路が、第１の方向に並設されており、
   前記ダミー用供給路が、前記第１の方向の端部側に少なくとも１以上設けられていることを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記ダミー用供給路が、前記第１の方向の両端部にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項２記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記連通板は、表面の結晶面方位が｛１１０｝面となるシリコン基板であり、
   前記第１凹部及び前記第２凹部の底面は、結晶面方位が｛１１０｝面で形成されており、
   前記第１凹部と前記第２凹部との間には、前記第１凹部の底面から前記第２凹部の底面に向けて傾斜した傾斜面が設けられており、
   前記傾斜面は、前記｛１１０｝面に対して傾斜した任意の面と、前記｛１１０｝面と当該｛１１０｝面に対して垂直な第１の｛１１１｝面とに対して傾斜した第３の｛１１１｝面と、で形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
5. 前記傾斜面は、前記第３の｛１１１｝面で形成された第２傾斜面が、前記供給路の並設方向である第１の方向に亘って複数並設されており、
   前記第１の方向で互いに隣り合う前記第２傾斜面のピッチが、前記第１の方向で互いに隣り合う前記供給路のピッチより大きいことを特徴とする請求項４記載の液体噴射ヘッド。
6. 前記第２傾斜面の前記ピッチが、４２．４μｍ以下であることを特徴とする請求項５記載の液体噴射ヘッド。
7. 互いに隣り合う前記ダミー用供給路のピッチが、互いに隣り合う前記吐出用供給路のピッチよりも大きいことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
9. 前記ダミー圧力発生室に連通する前記ノズル開口のみから吸引動作を行う吸引手段を具備することを特徴とする請求項８記載の液体噴射装置。

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