JP6277731B2 - 液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、インク等の液体を噴射する技術に関する。

印刷用紙等の印刷媒体にインク等の液体を噴射する各種の技術がある。例えば特許文献１には、圧力室を形成する圧力室形成基板と、ノズルを形成するノズルプレートと、圧力室とノズルとを連通するノズル連通路を形成する連通基板とを積層した液体噴射ヘッドが開示されている。

特開２０１３−１５４４８５号公報

特許文献１の構成では、いずれも平板状の圧力室形成基板と連通基板とノズルプレートとが液体の噴射方向に直交する姿勢で配置される。したがって、印刷媒体側からみたヘッドの面積（液体噴射ヘッドの液体噴射面の面積）が大きく、多数のノズルを高密度に配置することが難しい。また、複数の液体噴射ヘッドを配列した構成では、多数のノズルが広範囲にわたり分布するから、液体噴射面と印刷媒体との間隔を複数のヘッドにわたり均一に保つことも困難である。

また、同文献１の構成では、圧力室とノズル連通路とノズルとが別々の基板に形成されるから、液体噴射ヘッドの製造時に、圧力室からノズルまでの流路を高精度に形成することが難しく、特に基板間の接合部分で流路に誤差が生じ易い。このためノズルから噴射される液体の噴射特性（噴射量、噴射方向等）が設計値からズレ易く、噴射特性にバラツキが生じる。なお、同文献１には、圧力室形成基板と連通基板とノズルプレートとをいずれもシリコン単結晶基板とすることが開示されているが、これら３つの基板の材質が異なる場合は、熱膨張の度合いが基板毎に異なり、基板間の接合部分で生じる流路の誤差が温度（熱）によって変わるため、噴射特性のバラツキがさらに顕著なものとなる。

以上の事情を考慮して、本発明は、液体の噴射方向からみた液体噴射ヘッドの面積を小さくしつつ、簡素な構成で噴射特性のバラツキを抑制することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明の好適な態様に係る液体噴射ヘッドは、液体が充填される圧力室を形成する圧力室形成基板と、圧力室形成基板に沿う方向に液体を噴射するノズルと、圧力室とノズルとを連通する連通流路とを具備し、ノズルと連通流路とは、圧力室形成基板に形成されることを特徴とする。

以上の構成によれば、圧力室形成基板に沿う方向に液体が噴射されるから、特許文献１のように圧力室形成基板と連通基板とノズルプレートとを液体の噴射方向に直交する姿勢で配置した構成に比べ、液体の噴射方向からみた液体噴射ヘッドの面積を小さくすることができる。したがって、多数のノズルを高密度に実装できることに加え、液体噴射面と印刷媒体との間隔を均一に保つことも容易になる。また、圧力室と連通流路とノズルとが同一の基板（圧力室形成基板）に形成されるから、圧力室からノズルまでの流路を高精度に形成することが可能である。したがって、基板間の接合部分で流路に誤差が生じる可能性や、この誤差が温度によって変わる可能性もないから、ノズルから噴射される液体の噴射特性のバラツキを抑制することができる。また、圧力室と連通流路とノズルとを共通の工程（例えば平板材のエッチング）で形成することができるから、液体噴射ヘッドの製造工程を簡素化できる。さらに、ノズルプレートが不要であるから、部品点数を削減し、液体噴射ヘッドの構成を簡素化できる他、ノズルプレートを接合する面を平坦化する必要もないから、液体噴射ヘッドの製造や組立に必要な精度も緩和できる。よって、本発明によれば、液体の噴射方向からみた液体噴射ヘッドの面積を小さくしつつ、簡素な構成で噴射特性のバラツキを抑制することが可能になる。

本発明の好適な態様に係る液体噴射ヘッドは、圧力室形成基板に形成され、圧力室に供給される液体を貯留する液体貯留室を具備する。
以上の態様によれば、液体貯留室が圧力室と連通流路とノズルと共に圧力室形成基板に形成される。したがって、圧力室形成基板とは別の基板に液体貯留室を形成する構成に比べ、液体噴射ヘッドの構成を簡素化することができる。

本発明の好適な態様に係る液体噴射ヘッドは、圧力室形成基板の一方の面側に配置されて液体貯留室の壁面を構成する可撓性のコンプライアンスシートを具備する。
以上の態様によれば、圧力室形成基板の一方の面側に配置された可撓性のコンプライアンスシートによって液体貯留室の壁面が構成される。したがって、液体貯留室内の圧力変化をコンプライアンスシートにより抑制（吸収）することができる。また、コンプライアンスシートがない構成に比べ、液体貯留室に貯留された液体をより安定的に圧力室に供給することができるから、噴射特性のバラツキをさらに抑制することが可能になる。

本発明の好適な態様に係る液体噴射ヘッドは、圧力室形成基板の一方の面側に配置され、圧力室に供給される液体を貯留する液体貯留室を形成する連通板を具備する。
以上の態様によれば、液体貯留室が圧力室形成基板とは別の基板（連通板）に形成される。したがって、圧力室形成基板の板厚とは無関係に（例えば圧力室形成基板が薄い場合でも）、十分な容量の液体貯留室を確保することができる。

本発明の好適な態様に係る液体噴射ヘッドは、連通板のうち圧力室形成基板とは反対の面側に配置されて液体貯留室の壁面を構成する可撓性のコンプライアンスシートを具備する。
以上の態様によれば、連通板の一方の面側に配置された可撓性のコンプライアンスシートによって液体貯留室の壁面が構成される。したがって、液体貯留室内の圧力変化をコンプライアンスシートにより吸収することができる。また、コンプライアンスシートがない構成に比べ、液体貯留室に貯留された液体をより安定的に圧力室に供給することができるから、噴射特性のバラツキをさらに抑制することが可能になる。

本発明の好適な態様に係る液体噴射装置は、以上の各態様に係る液体噴射ヘッドを具備する。液体噴射装置は、例えば、印刷用紙等の印刷媒体にインクを噴射するプリンターであるが、本発明に係る液体噴射装置の用途は印刷に限定されない。

第１実施形態に係る印刷装置の部分的な構成図である。 液体噴射ヘッドの斜視図および部分拡大図である。 基体、圧力室形成基板、振動板および保護板の平面図である。 図２のIV−IV線における液体噴射ヘッドの断面図である。 第２実施形態に係る液体噴射ヘッドの断面図である。 コンプライアンスプレートおよびコンプライアンスシートの平面図である。 第３実施形態に係る液体噴射ヘッドの断面図である。 連通板および圧力室形成基板の平面図である。 第４実施形態に係る液体噴射ヘッドの断面図である。 変形例に係る印刷装置の部分的な構成図である。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係るインクジェット方式の印刷装置１００の部分的な構成図である。印刷装置１００は、液体の例示であるインクを印刷用紙等の印刷媒体２００に噴射する液体噴射装置である。印刷装置１００は、制御装置１２と搬送機構１４とヘッドモジュール１６とを具備する。制御装置１２は、印刷装置１００の各要素を統括的に制御する。搬送機構１４は、制御装置１２による制御のもとで印刷媒体２００を所定の方向Ａ1に搬送する。

印刷装置１００には、インクが充填されたインクカートリッジ３００が装着される。ヘッドモジュール１６は、インクカートリッジ３００から供給されるインクを制御装置１２による制御のもとで印刷媒体２００に噴射する。図１に例示される通り、このヘッドモジュール１６は、印刷媒体２００の搬送方向Ａ1に交差（典型的には直交）する方向Ａ2に沿って複数の液体噴射ヘッド２０が２列に配列されたラインヘッドである。この液体噴射ヘッド２０の配置は、いわゆる千鳥配置（スタガ配置）である。図１の例示では、図中上側の列を構成する３個の液体噴射ヘッド２０と、図中下側の列を構成する２個の液体噴射ヘッド２０とで、方向Ａ2における各液体噴射ヘッド２０の位置が異なる。なお、複数のヘッドモジュール１６を印刷媒体２００の搬送方向Ａ1に沿って並列に配置することも可能である。また、ヘッドモジュール１６は複数の液体噴射ヘッド２０を具備するが、各液体噴射ヘッド２０の構成は共通である。

図２は、液体噴射ヘッド２０の斜視図および部分拡大図である。液体噴射ヘッド２０は、２列（ノズル列ＧAおよびノズル列ＧB）に配列された複数のノズルＮから印刷媒体２００に対してインクを噴射するヘッドチップである。液体噴射ヘッド２０には、駆動信号を生成する駆動回路を搭載したＩＣチップ２２が実装される。以下の説明では、液体噴射ヘッド２０の各ノズルＮからインクが噴射される方向をＺ方向と表記し、ノズル列ＧAやノズル列ＧBが延在する方向（液体噴射ヘッド２０の長手方向）をＸ方向と表記する。また、Ｚ方向およびＸ方向に直交する方向をＹ方向と表記する。

印刷装置１００において各液体噴射ヘッド２０は、Ｚ方向が鉛直方向の下側（印刷媒体２００側）を向く姿勢で配置される。したがって、Ｚ方向に直交するＸＹ平面は、印刷媒体２００に略平行な水平面になる。また、図１に例示される通り、印刷媒体２００の横幅（方向Ａ2における印刷媒体２００の幅）を上回る範囲にわたり複数の液体噴射ヘッド２０のノズルＮが分布する。したがって、搬送機構１４による印刷媒体２００の搬送と並行してヘッドモジュール１６の各液体噴射ヘッド２０のノズルＮから印刷媒体２００にインクを噴射することで、印刷媒体２００に任意の画像を印刷することができる。

図２に拡大して例示される通り、液体噴射ヘッド２０は、中央に位置する基体４２の双方の表面（以下、設置面）４２０に、圧力室形成基板５２と振動板５４と保護板５８とが積層される。また、保護板５８のうち振動板５４とは反対側の表面にはＩＣチップ２２が実装される。基体４２の一方の設置面４２０の面上の要素はノズル列ＧAに対応し、基体４２の他方の設置面４２０の面上の要素はノズル列ＧBに対応する。このようにノズル列ＧAを構成する各ノズルＮとノズル列ＧBを構成する各ノズルＮとは、基体４２を挟んで相互に反対側に位置する。なお、図２に例示される通り、ノズル列ＧAとノズル列ＧBとでＸ方向における各ノズルＮの位置が異なるが、基体４２の双方の設置面４２０の面上の要素は、基体４２を挟んでおおむね対称の関係にあり、具体的な構成は共通する。したがって、以下の説明ではノズル列ＧAに対応する要素に着目し、ノズル列ＧBに対応する要素の説明を省略する。

図３は、基体４２、圧力室形成基板５２、振動板５４および保護板５８の平面図であり、いずれもＹ方向の負側からみた図である。また、図４は、図２のIV−IV線における液体噴射ヘッド２０の断面図である。図３に例示される通り、基体４２は、Ｘ方向に長尺な平板状の部材である。基体４２の材料や製法は任意であるが、例えばシリコン（Ｓi）の単結晶基板やステンレス基板を用いることができる。基体４２は、圧力室形成基板５２，振動板５４，保護板５８等の部材を積層するための基礎となる板材である他、ノズル列ＧAとノズル列ＧBとのＹ方向の間隔を規定するスペーサーとして機能する。

図４に例示される通り、基体４２の設置面４２０には圧力室形成基板５２が設置される。圧力室形成基板５２は、例えば接着剤により基体４２に固定される。図３に例示される通り、圧力室形成基板５２は、基礎部７１と空間形成部７２と側壁部７３とに区分される。基礎部７１は、圧力室形成基板５２のうちＺ方向（インクの噴射側）に位置する部分であり、ノズル列ＧAを構成する各ノズルＮに対応するインクの流路（ノズルＮ、第１流路５２２、開口部５２４および第２流路５２６）が相互に間隔（典型的には等間隔）をあけてＸ方向に配列される。空間形成部７２は、圧力室形成基板５２のうちＺ方向の負側（インクの噴射側とは反対側）に位置し、基礎部７１と両側に位置する側壁部７３とで３方を囲まれた開口部分である。側壁部７３は、空間形成部７２の両側に形成された部分であり基礎部７１に連続する。

図３に例示される通り、基礎部７１に形成される複数のインクの流路の各々は、ノズルＮと、Ｚ方向に直線状に延在してノズルＮと開口部５２４とを連通する第１流路５２２と、インクに圧力を付与する圧力室６６として機能する開口部５２４と、Ｚ方向に直線状に延在して開口部５２４と空間形成部７２とを連通する第２流路５２６とで構成される。これらの各要素（ノズルＮ，第１流路５２２，開口部５２４，第２流路５２６）は、いずれも基礎部７１をＹ方向に貫通している。圧力室形成基板５２の材料や製法は任意であるが、例えば、シリコンの単結晶基板をフォトリソグラフィやエッチング等の半導体製造技術により選択的に除去することで形成される。

例えば、基体４２の設置面４２０あるいは振動板５４のうち基体４２側の表面に接着剤で固定されたシリコンの単結晶基板（平板状）に対し、異方性ドライエッチングを行うことで図３に例示する形状の圧力室形成基板５２を簡便かつ高精度に形成することができる。この場合、各ノズルＮのＸＹ平面における断面形状は、四角形（典型的には正方形）となり円形にはならないが、発明者が鋭意検討した結果、ノズルＮの断面形状が四角形であってもインクの噴射特性を十分に確保できることがわかった。

なお、圧力室形成基板５２に形成される各要素（ノズルＮ，第１流路５２２，開口部５２４，第２流路５２６，空間形成部７２）は、圧力室形成基板５２をＹ方向に貫通していなくてもよい。また、これらの各要素は、等方性ドライエッチングや等方性ウェットエッチング等により形成されてもよい。また、例えば、シリコンの単結晶基板を２枚貼り合わせて圧力室形成基板５２を構成するようにし、各々のシリコン単結晶基板の貼り合わせ面に対して等方性ドライエッチングや等方性ウェットエッチングを行って上述した各要素を形成してもよい。この場合、ノズルＮの断面形状を円形または円形に近い形状にすることが可能である。

図４に例示される通り、圧力室形成基板５２のうち基体４２とは反対側の表面には振動板５４が設置される。振動板５４は、例えば接着剤により圧力室形成基板５２に固定される。振動板５４は、弾性的に振動可能な平板状の部材であり、例えば、酸化シリコン等の弾性材料で形成された弾性膜と、酸化ジルコニウム等の絶縁材料で形成された絶縁膜との積層で構成される。図３および図４に例示される通り、振動板５４のうち圧力室形成基板５２とは反対側の表面には、圧力室形成基板５２に形成された複数の開口部５２４に対応する位置に圧電素子５６が配置される。圧電素子５６は、相互に対向する電極間に圧電体を介在させた積層体である。例えば、圧電素子５６を構成する一方の電極は、複数の開口部５２４にわたって連続する１つの共通電極であり、他方の電極は、開口部５２４毎に個別に形成された複数の個別電極である。また、圧電体は、複数の開口部５２４にわたり連続して形成される。なお、圧電体を開口部５２４毎に個別に形成してもよい。また、圧電素子５６を開口部５２４毎に個別に設けてもよい。

図３および図４から理解される通り、基体４２と振動板５４とに挟まれた空間形成部７２は、複数のノズルＮに共通する液体貯留室（リザーバー）６２として機能する。この液体貯留室６２には、インクカートリッジ３００から供給されるインクが貯留される。また、基体４２と振動板５４とに挟まれた各開口部５２４は、その上部に振動板５４および圧電素子５６が配置されるから、インクに圧力を付与する圧力室（キャビティ）６６として機能する。

また、基体４２と振動板５４とに挟まれた各第２流路５２６（Ｚ方向に延在する管状の空間）は、液体貯留室６２と圧力室６６とを連通し、液体貯留室６２に貯留されたインクを各圧力室６６に供給する供給流路６４として機能する。したがって、液体貯留室６２に貯留されたインクは複数の供給流路６４に分岐して各圧力室６６に並列に供給され、これにより各圧力室６６にインクが充填される。また、基体４２と振動板５４とに挟まれた各第１流路５２２（Ｚ方向に延在する管状の空間）は、圧力室６６とノズルＮとを連通する連通流路６８として機能する。このように圧力室形成基板５２は、液体貯留室６２と供給流路６４と圧力室６６と連通流路６８とノズルＮとを形成する基板である。また、以上の説明から理解される通り、液体噴射ヘッド２０におけるインクの流路は、液体貯留室６２→供給流路６４→圧力室６６→連通流路６８→ノズルＮとなる。

図４に例示される通り、振動板５４のうち圧力室形成基板５２とは反対側の表面には、複数の接続端子５７が形成される。複数の接続端子５７は、圧電素子５６の共通電極および個別電極に電気的に接続される。各接続端子５７は、相互に間隔（典型的には等間隔）をあけてＸ方向に配列され、圧電素子５６からＺ方向の負側に直線状に延在する導体パターンである。

図４に例示される通り、振動板５４のうち圧力室形成基板５２とは反対側の表面には保護板５８が設置される。保護板５８は、複数の接続端子５７が形成された振動板５４の表面に例えば接着剤で固定される。また、保護板５８のうち振動板５４側の表面には凹部５８６が形成され、この凹部５８６には圧電素子５６が収容される。図３および図４に例示される通り、保護板５８のうち振動板５４とは反対側の表面（平坦面）には、駆動回路を搭載したＩＣチップ２２が実装される。また、保護板５８のうちＺ方向の負側には、傾斜面５８４A，５８４Bを有する矩形状の開口部５８２が形成される。図４に例示される通り、保護板５８の表面のうちＩＣチップ２２から傾斜面５８４Aの下端部にかけて複数の信号配線５９が形成され、各信号配線５９は対応する接続端子５７に電気的に接続される。

したがって、圧電素子５６の各電極には、ＩＣチップ２２（駆動回路）から信号配線５９および接続端子５７を介して駆動信号が供給される。圧電素子５６は駆動信号に応じて開口部５２４に対応する領域毎に個別に振動する。また、これに連動して振動板５４が振動することで、圧力室６６内のインクの圧力（圧力室６６の容積）が変動し、圧力室６６内の圧力の増加によりノズルＮからインクが噴射される。以上の説明から理解される通り、圧電素子５６は、圧力室６６内の圧力を変動させて圧力室６６内のインクをノズルＮから噴射させる圧力発生素子として機能する。なお、振動板５４は、接着剤等により保護板５８に密着して固定される。また、保護板５８の開口部５８２の部分は圧電素子５６から十分に離れている。したがって、駆動信号に応じて振動するのは、振動板５４のうち保護板５８の凹部５８６に対応する部分だけである。

以上に説明した通り、第１実施形態によれば、圧力室形成基板５２に沿うＺ方向にインクが噴射されるから、特許文献１のように圧力室形成基板と連通基板とノズルプレートとをインクの噴射方向に直交する姿勢で配置した構成に比べ、インクの噴射方向（Ｚ方向）からみた液体噴射ヘッド２０の面積を小さくすることができる。したがって、多数のノズルＮを高密度に実装できることに加え、液体噴射面と印刷媒体２００との間隔を複数の液体噴射ヘッド２０にわたり均一に保つことも容易になる。

また、第１実施形態によれば、圧力室６６と連通流路６８とノズルＮとが同一の基板（圧力室形成基板５２）に形成されるから、圧力室６６からノズルＮまでのインクの流路を高精度に形成することが可能である。したがって、基板間の接合部分で流路に誤差が生じる可能性や、この誤差が温度によって変わる可能性もないから、ノズルＮから噴射されるインクの噴射特性のバラツキを抑制することができる。また、圧力室６６と連通流路６８とノズルＮとを共通の工程（例えば異方性ドライエッチング）で圧力室形成基板５２に形成することができるから、液体噴射ヘッド２０の製造工程を簡素化できる。

また、第１実施形態によればノズルプレートが不要である。ノズルプレートを具備する場合、ノズルプレートを密着して固定するため、ノズルプレートを接合する面（基体４２、圧力室形成基板５２、振動板５４および保護板５８のＺ方向の側面）の段差を十分に低減する必要がある。つまり、液体噴射ヘッド２０の製造や組立に高い精度が要求される。これに対し、本実施形態によれば、ノズルプレートが不要であるから、部品点数を削減し、液体噴射ヘッド２０の構成を簡素化できる他、ノズルプレートを接合する面を平坦化する必要もないから、液体噴射ヘッド２０の製造や組立に必要な精度も緩和できる。

よって、第１実施形態によれば、インクの噴射方向からみた液体噴射ヘッド２０の面積を小さくしつつ、簡素な構成で噴射特性のバラツキを抑制することが可能になる。また、第１実施形態によれば、液体貯留室６２や供給流路６４も圧力室形成基板５２に形成されるから、圧力室形成基板５２とは別の基板に液体貯留室６２や供給流路６４を形成する構成に比べ、液体噴射ヘッド２０の構成を簡素化できる。

＜第２実施形態＞
次に第２実施形態について説明する。なお、以下に説明する第２〜第４実施形態において、第１実施形態と共通する要素には同一の符号を付し、説明を適宜省略する。

図５は、第２実施形態に係る液体噴射ヘッド２０の断面図であり、第１実施形態で参照した図４に対応する。また、図６は、コンプライアンスプレート４４およびコンプライアンスシート４６の平面図である。これらの図から明らかとなるように、第２実施形態に係る液体噴射ヘッド２０は、第１実施形態で説明した液体噴射ヘッド２０に対し、コンプライアンスプレート４４とコンプライアンスシート４６とをさらに具備する点で構成が相違する。

図５に例示される通り、基体４２の設置面４２０にはコンプライアンスプレート４４が設置される。コンプライアンスプレート４４は、例えば接着剤により基体４２に固定される。図６に例示される通り、コンプライアンスプレート４４は、Ｘ方向に長尺な矩形状の外形を有し、Ｚ方向の負側にはＹ方向に貫通する矩形状の開口部４４２が形成される。この開口部４４２のサイズや位置は、圧力室形成基板５２の空間形成部７２（液体貯留室６２）に概ね対応する。コンプライアンスプレート４４の材料は任意であるが、例えばステンレス等の金属材料を用いることができる。

図５および図６に例示される通り、コンプライアンスプレート４４のうち基体４２とは反対側の表面には、全面にわたってコンプライアンスシート４６が設置される。コンプライアンスシート４６は、可撓性を有するシートであり、例えば合成樹脂や金属材料で構成される。コンプライアンスシート４６のうちコンプライアンスプレート４４の開口部４４２に対応する部分以外は、接着剤等によりコンプライアンスプレート４４に密着して固定される。このためコンプライアンスシート４６のうち開口部４４２に対応する部分だけが圧力を受けると撓むことになる。

図５に例示される通り、コンプライアンスシート４６のうち基体４２とは反対側の表面には、例えば接着剤により圧力室形成基板５２が固定される。第１実施形態で説明した通り、圧力室形成基板５２は、液体貯留室６２と供給流路６４と圧力室６６と連通流路６８とノズルＮとを形成する基板である。したがって、液体貯留室６２からノズルＮまでのインクの流路の構成は第１実施形態と同じである。図５に例示される通り、液体貯留室６２のうち基体４２側の壁面は、可撓性のコンプライアンスシート４６で構成される。また、コンプライアンスシート４６のうち液体貯留室６２の壁面を構成する部分の大半は、開口部４４２に面しており、コンプライアンスプレート４４に固定されていない。したがって、液体貯留室６２内の圧力変化をコンプライアンスシート４６により吸収することができる。

以上説明した第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、インクの噴射方向（Ｚ方向）からみた液体噴射ヘッド２０の面積を小さくしつつ、簡素な構成で噴射特性のバラツキを抑制することが可能である。また、第２実施形態によれば、圧力室形成基板５２のうち基体４２側の表面に配置された可撓性のコンプライアンスシート４６により液体貯留室６２の壁面が構成される。したがって、液体貯留室６２内の圧力変化をコンプライアンスシート４６により吸収することができる。また、コンプライアンスシート４６がない構成に比べ、液体貯留室６２に貯留されたインクをより安定的に圧力室６６に供給することができるから、噴射特性のバラツキをさらに抑制することが可能である。

＜第３実施形態＞
図７は、第３実施形態に係る液体噴射ヘッド２０の断面図である。また、図８は、連通板４８および圧力室形成基板５３の平面図であり、Ｙ方向の負側からみた図である。これらの図から明らかとなるように、第３実施形態に係る液体噴射ヘッド２０は、第１実施形態で説明した液体噴射ヘッド２０に対し、連通板４８をさらに具備し、液体貯留室６３（空間形成部４８２）と供給流路６５（貫通孔４８４）とが圧力室形成基板５３ではなく連通板４８に形成される点で構成が相違する。

図７に例示される通り、基体４２の設置面４２０には連通板４８が設置される。連通板４８は、例えば接着剤により基体４２に固定される。図８に例示される通り、連通板４８は、Ｘ方向に長尺な矩形状の外形を有し、基体４２側の表面うちＺ方向の負側には、液体貯留室６３として機能する空間形成部（凹部）４８２が形成される。また、図８に例示される通り、連通板４８（空間形成部４８２のＺ方向の端部）には、Ｙ方向に貫通する複数の貫通孔４８４が相互に間隔（典型的には等間隔）をあけてＸ方向に配列される。

図７に例示される通り、連通板４８のうち基体４２とは反対側の表面には、例えば接着剤により圧力室形成基板５３が固定される。図８に例示される通り、圧力室形成基板５３のうちＺ方向に位置する基礎部７１には、ノズル列ＧAを構成する各ノズルＮに対応するインクの流路の一部（ノズルＮ、第１流路５２２および開口部５２４）が相互に間隔（典型的には等間隔）をあけてＸ方向に配列される。

図７および図８から理解される通り、基体４２と連通板４８とに挟まれた空間形成部４８２は、複数のノズルＮに共通する液体貯留室６３として機能する。また、各貫通孔４８４は、液体貯留室６３と圧力室６６とを連通し、液体貯留室６３に貯留されたインクを各圧力室６６に供給する供給流路６５として機能する。なお、圧力室６６からノズルＮまでのインクの流路の構成は第１実施形態と同じである。また、図３および図８から理解される通り、第１実施形態の圧力室形成基板５２は、液体貯留室６２と供給流路６４と圧力室６６と連通流路６８とノズルＮとを形成する基板であるのに対し、第３実施形態の圧力室形成基板５３は、圧力室６６と連通流路６８とノズルＮとを形成する基板である。第３実施形態では、液体貯留室６３（空間形成部４８２）と供給流路６５（貫通孔４８４）とが圧力室形成基板５３ではなく連通板４８に形成される。

このように第３実施形態に係る液体噴射ヘッド２０では、連通板４８の空間形成部４８２が液体貯留室６３として機能するから、第１実施形態や第２実施形態と比較して十分な容量の液体貯留室６３を圧力室形成基板５３の板厚とは無関係に確保することができる。例えば、液体貯留室６３の容量が小さいと、流路抵抗が大きくなり、圧電素子５６を高周波駆動した場合にインクの供給不足が発生する可能性があるが、本実施形態によれば、圧電素子５６を高周波駆動した場合のインクの供給不足を解消し、高速印刷が可能になる。

以上説明した通り、第３実施形態に係る液体噴射ヘッド２０は、圧力室形成基板５３のうち基体４２側の表面に配置され、圧力室６６に供給されるインクを貯留する液体貯留室６３を形成する連通板４８を具備する。本実施形態においても、第１実施形態と同様に、インクの噴射方向（Ｚ方向）からみた液体噴射ヘッド２０の面積を小さくしつつ、簡素な構成で噴射特性のバラツキを抑制することが可能である。また、第３実施形態によれば、液体貯留室６３が圧力室形成基板５３とは別の基板である連通板４８に形成されるから、圧力室形成基板５３の板厚とは無関係に（例えば圧力室形成基板５３が薄い場合でも）、十分な容量の液体貯留室６３を確保することができる。したがって、圧電素子５６を高周波駆動した場合のインクの供給不足を解消することができ、高速印刷が可能になる。

＜第４実施形態＞
図９は、第４実施形態に係る液体噴射ヘッド２０の断面図である。同図から明らかとなるように、第４実施形態に係る液体噴射ヘッド２０は、第２実施形態と第３実施形態とを併合したものであり、第２実施形態で説明したコンプライアンスプレート４４およびコンプライアンスシート４６と、第３実施形態で説明した連通板４８および圧力室形成基板５３とを具備する点で、第１実施形態で説明した液体噴射ヘッド２０と構成が相違する。

図９に例示される通り、基体４２には、振動板５４や保護板５８の他に、コンプライアンスプレート４４と、コンプライアンスシート４６と、連通板４８と、圧力室形成基板５３とが積層される。コンプライアンスプレート４４およびコンプライアンスシート４６は、第２実施形態で説明したものと同様であり、その構成は図６に例示される通りであるが、第２実施形態に比べ、コンプライアンスプレート４４の開口部４４２のＺ方向の幅がやや広くなっている。この開口部４４２のサイズや位置は、連通板４８の空間形成部４８２（液体貯留室６３）に概ね対応する。また、連通板４８および圧力室形成基板５３は、第３実施形態で説明したものと同じであり、その構成は図８に例示される通りである。

第４実施形態においても、第１実施形態と同様に、インクの噴射方向（Ｚ方向）からみた液体噴射ヘッド２０の面積を小さくしつつ、簡素な構成で噴射特性のバラツキを抑制することが可能である。また、第４実施形態によれば、連通板４８のうち基体４２側の表面に配置された可撓性のコンプライアンスシート４６により液体貯留室６３の壁面が構成される。また、コンプライアンスシート４６のうち液体貯留室６３の壁面を構成する部分の大半は、開口部４４２に面しており、コンプライアンスプレート４４に固定されていない。したがって、液体貯留室６３内の圧力変化をコンプライアンスシート４６により吸収することができる。また、第４実施形態によれば、液体貯留室６３が圧力室形成基板５３とは別の基板である連通板４８に形成されるから、圧力室形成基板５３の板厚とは無関係に十分な容量の液体貯留室６３を確保することができる。したがって、圧電素子５６を高周波駆動した場合のインクの供給不足を解消することができ、高速印刷が可能になる。

＜変形例＞
以上の各実施形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。なお、以下の例示から任意に選択された２以上の態様は、相互に矛盾しない範囲で適宜併合され得る。

（１）上述した各実施形態では、基体４２の一方の設置面４２０側にノズル列ＧAを形成し、他方の設置面４２０側にノズル列ＧBを形成したが、いずれか一方の設置面４２０側の要素を省略してもよい。すなわち、基体４２の一方の設置面４２０側のみにノズル列を形成することも可能である。但し、基体４２の双方の設置面４２０にノズル列を形成する構成であると、多数のノズルＮを高密度に実装できる。また、ノズルＮの数は複数に限らず１以上であればよく、ノズルＮが１つの場合、連通流路６８、圧力室６６、供給流路６４，６５等もそれぞれ１つになる。

（２）上述した各実施形態では、印刷媒体２００の搬送方向Ａ1に直交する方向Ａ2に複数の液体噴射ヘッド２０を配列したヘッドモジュール１６（ラインヘッド）を例示したが、シリアルヘッドにも本発明を適用することが可能である。例えば図１０のヘッドモジュール１８は、上述した各実施形態に係る複数の液体噴射ヘッド２０をキャリッジに搭載したシリアルヘッドであり、印刷媒体２００の搬送（方向Ａ1）に並行して方向Ａ2に往復しながら各ノズルＮからインクを噴射する。

（３）上述した各実施形態において、保護板５８にＩＣチップ２２を実装するのではなく、駆動信号を生成する駆動回路を制御装置１２内に設け、駆動回路からの駆動信号を可撓性の配線基板を介して接続端子５７に供給してもよい。この場合、保護板５８の表面に信号配線５９を形成する必要がない。また、ＩＣチップ２２をＣＯＦ（Chip On Film）により可撓性の配線基板上に実装してもよい。制御装置１２内に駆動回路を設けた場合と、可撓性の配線基板上にＩＣチップ２２を実装した場合とを比較すると、後者の方が液体噴射ヘッド２０に近い位置に駆動回路を設置することができるので、耐ノイズ性が向上する、駆動信号の波形のなまりを低減できるといった効果がある。また、制御装置１２内に駆動回路を設けた場合や、可撓性の配線基板上にＩＣチップ２２を実装した場合において、駆動回路からの駆動信号を、振動板５４の表面に形成された接続端子５７ではなく、保護板５８の表面に形成された信号配線５９に供給してもよい。この場合、駆動信号は、信号配線５９および接続端子５７を介して圧電素子５６に供給される。接続端子５７が形成された振動板５４は、圧力室形成基板５３に面しており、インクの流路の壁面を構成する。したがって、駆動信号を接続端子５７に供給する場合、可撓性の配線基板を接続端子５７に接続する際に配線基板を接続端子５７に押し付けると、押力によりインクの流路に歪みが生じてしまう可能性がある。これに対し、駆動信号を信号配線５９に供給する場合、保護板５８上の信号配線５９に可撓性の配線基板を接続すればよいので、両者を接続する際に可撓性の配線基板を信号配線５９に押し付けてもインクの流路に歪みが生じることがない。

（４）第２実施形態および第４実施形態において、コンプライアンスシート４６を液体貯留室６２，６３に対応する部分だけに配置してもよい。

（５）圧力室６６内の圧力を変化させる要素（圧力発生素子）は圧電素子５６に限定されない。例えば、静電アクチュエータ等の振動体を圧力発生素子として利用することも可能である。また、圧力発生素子は、圧力室６６に機械的な振動を付与する要素に限定されない。例えば、加熱により圧力室６６の内部に気泡を発生させて圧力室６６内の圧力を変化させる発熱素子（ヒーター）を圧力発生素子として利用することも可能である。このように圧力発生素子は、圧力室６６の内部の圧力を変化させるものであればよく、圧力を変化させる方式（例えばピエゾ方式、サーマル方式）や、具体的な構成の如何は不問である。

（６）本発明に係る液体噴射装置は、プリンターの他、例えばファクシミリ装置やコピー機等の機器にも採用され得る。また、本発明に係る液体噴射装置の用途は印刷に限定されない。例えば、色材の溶液を噴射する液体噴射装置は、液晶表示装置のカラーフィルターを形成する製造装置として利用可能である。また、導電材料の溶液を噴射する液体噴射装置は、配線基板の配線や電極を形成する製造装置として利用可能である。

１００…印刷装置（液体噴射装置）、２００…印刷媒体、３００…インクカートリッジ、１２…制御装置、１４…搬送機構、１６，１８…ヘッドモジュール、２０…液体噴射ヘッド、２２…ＩＣチップ、４２…基体、４２０…設置面、４４…コンプライアンスプレート、４４２…開口部、４６…コンプライアンスシート、４８…連通板、４８２…空間形成部、４８４…貫通孔、５２，５３…圧力室形成基板、５２２…第１流路、５２４…開口部、５２６…第２流路、５４…振動板、５６…圧電素子、５７…接続端子、５８…保護板、５８２…開口部、５８４A，５８４B…傾斜面、５８６…凹部、５９…信号配線、６２，６３…液体貯留室、６４，６５…供給流路、６６…圧力室、６８…連通流路、７１…基礎部、７２…空間形成部、７３…側壁部、Ｎ…ノズル、ＧA，ＧB…ノズル列。

Claims (3)

1. 第１面および前記第１面とは反対側の第２面を含む基体と、
   前記基体の前記第１面側に配置され、液体が充填される第１圧力室を形成する第１圧力室形成基板と、
   前記第１圧力室形成基板に沿う方向に液体を噴射する第１ノズルと、
   前記第１圧力室と前記第１ノズルとを連通する第１連通流路と、
   前記第１圧力室形成基板に形成され、前記第１圧力室に供給される液体を貯留する第１液体貯留室と、
   前記第１圧力室形成基板のうち前記基体側の面に配置され、前記第１液体貯留室の壁面を構成する可撓性の第１コンプライアンスシートと、
   前記第１コンプライアンスシートのうち前記第１圧力室形成基板とは反対側の面と、前記第１面とにより挟まれ、前記第１液体貯留室に重なる第１開口部が形成された第１コンプライアンスプレートと、
   前記基体の前記第２面側に配置され、液体が充填される第２圧力室を形成する第２圧力室形成基板と、
   前記第２圧力室形成基板に沿う方向に液体を噴射する第２ノズルと、
   前記第２圧力室と前記第２ノズルとを連通する第２連通流路と、
   前記第２圧力室形成基板に形成され、前記第２圧力室に供給される液体を貯留する第２液体貯留室と、
   前記第２圧力室形成基板のうち前記基体側の面に配置され、前記第２液体貯留室の壁面を構成する可撓性の第２コンプライアンスシートと、
   前記第２コンプライアンスシートのうち前記第２圧力室形成基板とは反対側の面と、前記第２面とにより挟まれ、前記第２液体貯留室に重なる第２開口部が形成された第２コンプライアンスプレートとを具備し、
   前記第１ノズルと前記第１連通流路とは、前記第１圧力室形成基板に形成され、
   前記第２ノズルと前記第２連通流路とは、前記第２圧力室形成基板に形成される
   液体噴射ヘッド。
2. 第１面および前記第１面とは反対側の第２面を含む基体と、
   前記基体の前記第１面側に配置され、液体が充填される第１圧力室を形成する第１圧力室形成基板と、
   前記第１圧力室形成基板に沿う方向に液体を噴射する第１ノズルと、
   前記第１圧力室と前記第１ノズルとを連通する第１連通流路と、
   前記第１圧力室形成基板のうち前記基体側の面に配置され、前記第１圧力室に供給される液体を貯留する第１液体貯留室を形成する第１連通板と、
   前記第１連通板のうち前記第１圧力室形成基板とは反対側の面に配置され、前記第１液体貯留室の壁面を構成する可撓性の第１コンプライアンスシートと、
   前記第１コンプライアンスシートのうち前記第１連通板とは反対側の面と、前記第１面とにより挟まれ、前記第１液体貯留室に重なる第１開口部が形成された第１コンプライアンスプレートと、
   前記基体の前記第２面側に配置され、液体が充填される第２圧力室を形成する第２圧力室形成基板と、
   前記第２圧力室形成基板に沿う方向に液体を噴射する第２ノズルと、
   前記第２圧力室と前記第２ノズルとを連通する第２連通流路と、
   前記第２圧力室形成基板のうち前記基体側の面に配置され、前記第２圧力室に供給される液体を貯留する第２液体貯留室を形成する第２連通板と、
   前記第２連通板のうち前記第２圧力室形成基板とは反対側の面に配置され、前記第２液体貯留室の壁面を構成する可撓性の第２コンプライアンスシートと、
   前記第２コンプライアンスシートのうち前記第２連通板とは反対側の面と、前記第２面とにより挟まれ、前記第２液体貯留室に重なる第２開口部が形成された第２コンプライアンスプレートとを具備し、
   前記第１ノズルと前記第１連通流路とは、前記第１圧力室形成基板に形成され、
   前記第２ノズルと前記第２連通流路とは、前記第２圧力室形成基板に形成される
   液体噴射ヘッド。
3. 請求項１または請求項２の液体噴射ヘッドを具備する液体噴射装置。
   
   
   

Images