JP7417831B2 - インクジェットヘッド - Google Patents

Description

本開示は、インクの液滴を吐出するインクジェットヘッドに関する。

電子デバイスまたは光学デバイスを製造する場合、基材上に微細パターンを形成する工程が多用されている。低コストで微細パターンを形成する方法として、印刷版を必要とすることなく、インク液滴の吐出により基材表面に所望の微細パターンを印刷可能なインクジェット法が注目されている。

しかし、デバイスの特性を得るために所望の材料や膜厚で印刷しようとする場合、高粘度（例えば、１０ｍＰａ秒を超える粘度）のインクを用いる必要がある。紙に文字や図画を印刷する用途の一般的なインクジェットヘッドでは、高粘度のインクを吐出することが困難である場合が多い。

また、高粘度のインクを吐出可能であっても、ノズルの製造時に生じたノズル間の構造の僅かなばらつきにより、インクの粘度によってインクに加わる圧力のばらつきが大きくなる。その結果、ノズル毎の吐出特性がばらついて、所望の印刷膜が形成できなくなるという課題がある。

この課題に対して、例えば、特許文献１の技術が開示されている。図７は、特許文献１のインクジェットヘッドの断面を示す模式図である。

図７に示すインクジェットヘッドは、圧電素子７６の駆動により、ノズル７１からインク液滴を吐出する装置である。このインクジェットヘッドは、薄板部材６２ａ～６２ｆによって構成された共通流路６８と、その共通流路６８からインクが供給される絞り部７０とを有する。ＳＵＳ(Steel Use Stainless)板である薄板部材６２ｃは、絞り部７０の底板となる。樹脂板である薄板部材６２ｄは、ポリイミドなどで形成され、絞り部７０の流路部となる。

このインクジェットヘッドでは、薄板部材６２ｃに接合した薄板部材６２ｄを、薄板部材６２ｃをマスクにしてレーザ加工している。これにより、位置ずれが生じず、加工精度が向上するとしている。

特開２００７－９８８０６号公報

しかし、絞り部７０の対向側に天井板となる薄板部材６２ｅを接合する際の加工ずれや接合ずれは考慮されていないため、絞り部７０の流路抵抗のばらつきを完全に抑制することはできない。また、圧電素子７６はｄ３１モードで駆動するため、高粘度のインクを用いた場合、ノズル７１の吐出特性のばらつきが顕著になってしまう。

本開示の一態様の目的は、高粘度のインクをノズル間のばらつき無く吐出することができるインクジェットヘッドを提供することである。

上記の目的を達成するため、本開示の一態様に係るインクジェットヘッドは、ｄ３３モードで駆動される圧電素子と、前記圧電素子の下方に設けられ、前記圧電素子の駆動により圧力が発生する圧力発生室と、前記圧力発生室と連通し、前記圧力発生室へインクを供給する個別インク供給流路と、前記圧力発生室と連通し、前記圧力発生室からインクを排出する個別インク排出流路と、前記圧力発生室の下方に設けられ、前記圧力発生室内のインクを吐出するノズルと、を有し、前記ノズルの列設方向に直交する方向の断面視において、前記圧力発生室、前記個別インク供給流路、および前記個別インク排出流路それぞれの内径は、前記圧電素子側よりも前記ノズル側の方が短い。

本開示によれば、高粘度のインクをノズル間のばらつき無く吐出することができる。

本開示の実施の形態１に係るインクジェットヘッドの断面を示す模式図 図１ＡのＡ－Ａ’断面図 図１のインクジェットヘッドにおいて、圧力発生室から漏れた圧力波の進行方向を示す模式図 比較例に係るインクジェットヘッドの断面を示す模式図 本開示の実施の形態２に係るインクジェットヘッドの断面を示す模式図 本開示の実施の形態３に係るインクジェットヘッドの断面を示す模式図 本開示の実施の形態５に係るインクジェットヘッドの断面を示す模式図 本開示の実施の形態６に係るインクジェットヘッドの流路形成基板を真上から見た状態を示す模式図 本開示の実施の形態７に係るインクジェットヘッドの流路形成基板を真上から見た状態を示す模式図 特許文献１のインクジェットヘッドの断面を示す模式図

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において共通する構成要素については同一の符号を付し、それらの説明は適宜省略する。

（実施の形態１）
本開示の実施の形態１のインクジェットヘッド１００について、図１Ａ、図１Ｂを用いて説明する。図１Ａは、インクジェットヘッド１００の断面を示す模式図である。図１Ｂは、図１ＡのＡ－Ａ’断面図である。

＜インクジェットヘッド１００＞
インクジェットヘッド１００は、ノズルプレート１、複数のノズル２、流路形成基板４、圧電素子５、振動板６、および筐体９を有する。以下、これらの構成要素について、説明する。

＜ノズルプレート１およびノズル２＞
ノズルプレート１は、複数のノズル２が所定の間隔で形成された基板である。複数のノズル２は、図１Ａの奥行き方向（図１Ｂではその左右方向）に列設されている。

よって、図１Ａは、複数のノズル２の列設方向に直交する方向の断面を示していると言える（図１Ｃ、図１Ｄ、図２～図４も同様）。すなわち、図１Ａの左右方向は、複数のノズル２の列設方向に直交する方向である（図１Ｃ、図１Ｄ、図２～図４も同様）。

ノズルプレート１に複数のノズル２を形成する方法としては、例えば、レーザ加工、ドリル加工、プレス加工、エッチング法、電鋳法などが挙げられるが、ノズル２の形状を加工する際の自由度や制御のし易さを考えると、ノズル２は、レーザ加工によって形成することが好ましい。

ノズルプレート１の表面には、撥水膜が形成されてもよい。撥水膜は、ノズル２からインク液滴が吐出される際にノズル２近傍のノズルプレート１の表面にわずかに染み出したインクを、ノズル２内に戻す作用を有する。

ノズル２近傍に染み出したインクが残ったままの場合、インク表面のメニスカスが崩れ、次のインク液滴の吐出に悪影響を及ぼすため、撥水膜の形成は、安定した吐出を維持するために有効である。

撥水膜を形成する方法としては、例えば、フッ素を有するアルコキシシランの溶液をノズルプレートに塗布し、焼成を行うことで形成する方法、または、フッ素を有するモノマーの気層重合によって形成する方法などが挙げられるが、これらに限定されない。

ノズルプレート１の材質としては、例えば、ステンレスなどの金属、または、セラミックの薄板を用いることができる。ただし、ノズルプレート１は、インクジェットヘッド１００において最も被印刷ワーク（図示略）に接近している部材である。そのため、ノズルプレート１の材質としてセラミックを用いた場合、何らかのトラブルでインクジェットヘッド１００が被印刷ワークに接触したときに、セラミック基板が割れてしまうおそれがある。よって、ノズルプレート１の材質としては、ステンレスなどの金属を用いることが好ましい。

ノズルプレート１に設けられるノズル２の数（以下、ノズル数という）および隣り合うノズル２間の間隔（以下、ノズル間隔という）は、作成したい電子デバイスまたは光学デバイスのパターン形状によって決まる。しかし、近年では、電子デバイスまたは光学デバイスの高性能化を実現するために、パターン形状は、微細化する傾向がある。そのため、ノズル数を増やし、ノズル間隔を小さくすることによってノズル２を高密度化することが求められている。ノズル２を高密度化する場合、例えば、ノズル間隔は、０．１ｍｍ～０．２ｍｍ程度と非常に狭くなる。また、ノズル径も、微細化するパターン形状に応じて、１０μｍ～３０μｍと非常に小さい長さが要求される。

＜流路形成基板４＞
流路形成基板４は、ノズル２に対応した位置に設けられ、ノズルプレート１に接合される基板である。

図１Ｂに示すように、流路形成基板４は隔壁５０を有し、隔壁５０は等間隔で設けられている。隔壁５０は、第一絞り部形成基板４１、絞り流路形成基板４２、第二絞り部形成基板４３、圧力発生室底面基板４４、４５により構成される。

隣り合う隔壁５０の間の空間は、圧力発生室３として機能する。図１Ａに示すように、圧力発生室３は、ノズル２に連通している。また、圧力発生室３は、インク入口部４６を介して共通インク供給流路７と連通している。また、圧力発生室３は、インク出口部４７を介して共通インク排出流路８と連通している。

よって、共通インク供給流路７のインクは、インク入口部４６を介して圧力発生室３に供給される。また、圧力発生室３に供給されたインクのうち、ノズル２から吐出されなかったインクは、インク出口部４７を介して共通インク排出流路８へ排出される。

一般的に、圧力発生室に供給されたインク中に気泡が混入している場合、その気泡は、圧電素子の駆動により圧力発生室で発生した圧力により、膨縮する。これにより、圧力変化が相殺されてしまい、インク液滴の吐出動作に悪影響を及ぼす。そのため、インクジェットヘッドにインクを供給する際には、気泡の噛みこみが発生しないように慎重を期する必要があるが、それでも僅かに気泡の噛みこみが発生する。

特に、インクが高粘度である場合、気泡が浮力で液面に浮上して自然に消泡することが期待しにくくなる、そのため、従来、インクジェットヘッドに供給されるインクに対して脱気を行う脱気装置が用いられている。しかし、気泡が圧力発生室に入り込んだ場合、脱気装置により脱気することができない。そのため、パージ操作などでインクをノズルから排出させる動作がしばしば行われるが、このパージ動作のためにインクのロスが発生してしまう。

これに対し、本実施の形態の圧力発生室３は、図１Ａに示したように、インク入口部４６およびインク出口部４７のそれぞれと連通している。よって、本実施の形態のインクジェットヘッド１００では、インク液滴の吐出動作が行われていないときも常に、圧力発生室３内をインクが流れ続ける。したがって、圧力発生室３内に気泡が滞留することがないので、インク液滴の吐出動作に対して悪影響が発生しない。

上述したとおり、本実施の形態のインクジェットヘッド１００では、常にインクの流入出が続く。そのため、インクジェットヘッド１００は、インク循環構造を有する。インク循環構造は、例えば、共通インク排出流路８から排出されたインクを回収し、ポンプなどによりインク供給側とインク排出側との間に圧力差を発生させることで、インクを流動させ、再度共通インク供給流路７に戻す構造である。

また、上述したインク循環構造の流路の途中に、脱気装置を設けてもよい。これにより循環するインクは、繰り返し脱気されることになり、より確実にインク中の気泡を除去することができる。

循環するインクの流速について特に制限はないが、流速が速ければ、インクが流れる各流路の壁面に付着した気泡を押し流す力が強くなるため、好ましい。

ただし、あまり流速を速くすると、高粘度のインクの場合、インク供給側とインク排出側との圧力差を非常に大きくしなければならない一方で、ノズル２に対する圧力が外圧よりも大きくなるとノズル２からインクが染み出してしまう。そのため、特にインク排出側での圧力を大きな負圧にしなければならず、却ってインクから気泡を発生させやすくなってしまう。よって、高粘度のインクを用いる場合には、循環するインクの流速は速すぎないことが好ましい。

したがって、循環するインクの流速は、インクの粘度に応じて適宜決定されればよい。

図１Ａ、図１Ｂに示すように、流路形成基板４は、振動板６側から順に、第一絞り部形成基板４１、絞り流路形成基板４２、第二絞り部形成基板４３、圧力発生室底面基板４４、４５が積層されて構成されている。

圧力発生室３の共通インク供給流路７側では、第一絞り部形成基板４１の絞り部４１ａと第二絞り部形成基板４３の絞り部４３ａとによって、インク入口部４６のインク流れ方向断面積が、圧力発生室３のインク流れ方向断面積よりも小さくなっている。なお、絞り部４１ａは「第１絞り部」の一例に相当し、絞り部４３ａは「第２絞り部」の一例に相当する。

同様に、圧力発生室３の共通インク排出流路８側では、第一絞り部形成基板４１の絞り部４１ｂと第二絞り部形成基板４３の絞り部４３ｂとによって、インク出口部４７のインク流れ方向断面積が、圧力発生室３のインク流れ方向の断面積よりも小さくなっている。なお、絞り部４１ｂは「第３絞り部」の一例に相当し、絞り部４３ｂは「第４絞り部」の一例に相当する。

よって、圧電素子５の駆動によって圧力発生室３に発生した圧力が、圧力発生室３から共通インク供給流路７および共通インク排出流路８に抜けにくくなる。したがって、上記圧力を効率的にノズル２に伝えることができるため、高粘度のインクの吐出に有利である。

仮に、圧力発生室３に発生した圧力波が、共通インク供給流路７や共通インク排出流路８に抜けた場合、個別インク供給流路４８の端部４ａ、個別インク排出流路４９の端部４ｂで反射して反射波となり、再度、圧力発生室３内に戻るおそれがある。反射波が圧力発生室３内に戻った場合、圧力発生室３内において不要な圧力変動が生じ、吐出特性をばらつかせる原因となる。これに対し、本実施の形態では、インク流れ方向断面積が小さいインク入口部４６およびインク出口部４７が抵抗となり、圧力発生室３内への反射波の侵入を抑制することができる。

また、上述した絞り部４１ａ、４１ｂ、４３ａ、４３ｂの形状によって、それら絞り部の流路抵抗が決まり、圧電素子５が駆動したときの圧力発生室３内に発生する圧力状態が決まる。よって、ノズル２においてインクの吐出動作が行われたときのインクの吐出特性が決まることになる。特に、インクが高粘度である場合、流路の形状による圧力の損失の変化が大きくなるため、流路抵抗の大きさが絞り部の形状の影響を受けやすくなる。

上述した絞り部以外のインク流路についても流路抵抗が存在する。高粘度のインクが循環するためには、絞り部以外の流路抵抗は、極力小さい方が好ましい。インク流路のうち、筐体９に形成される共通インク供給流路７および共通インク排出流路８については、それらの断面積を大きく取り、流路抵抗を小さくすることが可能である。

これに対し、インク入口部４６と共通インク供給流路７とを接続する個別インク供給流路４８、および、インク出口部４７と共通インク排出流路８とを接続する個別インク排出流路４９は、流路のノズル配置のピッチによって制約されるため、図１Ａの奥行き方向において広い幅をとることができない。

そこで、本実施の形態では、図１Ａに示すように、第一絞り部形成基板４１、絞り流路形成基板４２、第二絞り部形成基板４３に跨がって、個別インク供給流路４８および個別インク排出流路４９を形成した。これにより、個別インク供給流路４８および個別インク排出流路４９それぞれについて、インク流れ方向の断面積を広くとることができ、流路抵抗を下げることができる。よって、高粘度のインクを用いた場合でも、循環するインクの流速の低下を引き起こしにくい。

図１Ａ、図１Ｂに示した第一絞り部形成基板４１、絞り流路形成基板４２、第二絞り部形成基板４３、および圧力発生室底面基板４４、４５は、例えば、ＳＵＳ(Steel Use Stainless)などの金属またはシリコンなどで作製することが可能である。

シリコンを用いた場合では、加工精度は高くなるが、コストが高いといった課題や、大面積の加工が困難といった課題がある。一方、ＳＵＳを用いた場合では、レーザ加工やエッチング法などにより低コストで作製することができる。さらに、エッチング法は、大面積の加工を容易に実現できる。

第一絞り部形成基板４１と絞り流路形成基板４２、絞り流路形成基板４２と第二絞り部形成基板４３、第二絞り部形成基板４３と圧力発生室底面基板４４、圧力発生室底面基板４４と圧力発生室底面基板４５は、それぞれ、金属拡散または接着材などによって接合することができる。接着材を用いる場合、その種類は特に問わないが、熱硬化型接着材、２液混合型接着材、紫外線硬化型接着材、嫌気性接着材、またはこれらの併用効果により硬化する接着材などを用いることができる。

＜圧電素子５＞
圧電素子５は、流路形成基板４の圧力発生室３に対応する領域に設けられている。

圧電素子５は、互いに噛み合う櫛歯状の２つの内部電極が形成された、チタン酸ジルコン酸鉛などの圧電体を積層した後、その圧電体の層の側面のうち、２つの内部電極が対向して露出する両面（図１Ａの左右側）に表面電極と裏面電極とを形成したものである。

また、圧電素子５には、図１Ｂに示すように、圧力発生室３に応じた位置に形成される駆動チャンネル５２、および、隔壁５０に応じた位置に形成される非駆動チャンネル５３が列設されている。駆動チャンネル５２と非駆動チャンネル５３との間には、溝５１が存在している。溝５１は、圧電素子５を一体形成した後、駆動チャンネル５２と非駆動チャンネル５３とを分割するためにダイシング加工を行うことで形成されるものである。隣り合う駆動チャンネル５２と非駆動チャンネル５３とは、この溝５１により離間絶縁されている。

表面電極に接続された内部電極と、裏面電極に接続された内部電極とは、交互に配置されている。そのため、信号ケーブル（図示略）に接続された表面電極と裏面電極とに電位差を発生させると、その電位差に応じて圧電素子５が図１の上下方向に伸縮し、圧力発生室３内に圧力を発生させる。これにより、ノズル２からインク液滴を吐出することができる。これは、いわゆるｄ３３モードと呼ばれる駆動方法である。このｄ３３モードは、発生する圧力が大きいため、高粘度のインクの吐出に適している。

内部電極は、積層した圧電体の１層ごとに互い違いに一部分が重ねられるように形成されており、交互に表面電極と裏面電極とに接続するように配置される。

圧電体の積層数は、電圧印加時の伸縮量が大きくなるため、多い方が好ましい。ただし、圧電体の積層数が多くなると、圧電素子５の厚みが増すため、溝５１を深く加工しなければならず、溝５１の加工時に切り出した圧電素子５のチャンネルが倒れやすくなる。よって、圧電体の積層数は、加工難易度を考慮して適宜決定される。

＜振動板６＞
振動板６は、圧力発生室３と圧電素子５とを隔てる位置に設けられている。

振動板６は、圧電素子５の駆動チャンネル５２で発生した変位によって振動し、圧力発生室３内部の容積を変動させる。これにより、圧力発生室３内のインクに圧力が加わり、ノズル２からインク液滴が吐出される。

図１Ｂに示すように、振動板６には、接着される圧電素子５の形状に応じてパターニングされた振動板接着層６１が設けられてもよい。これにより、振動板６と圧電素子５とが接着する面積が一定になり、チャンネル毎の吐出特性にばらつきがなくなる。

振動板６の形成方法としては、例えば、ニッケルまたはニッケル合金などを電鋳して形成する方法、ＳＵＳなどの金属板をエッチングまたはレーザ加工して形成する方法、樹脂のフィルムをエッチングまたはレーザ加工して形成する方法などが挙げられる。

振動板６の材料として樹脂を用いる場合、振動板６の圧力発生室３側の面はインクに接する面であるため、振動板６の材料は、耐薬品性の高い樹脂であることが好ましい。このような樹脂としては、例えば、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、フッ素樹脂などが挙げられるが、これらに限定されない。

＜筐体９＞
筐体９は、ノズルプレート１、流路形成基板４、および振動板６を保持し、インクジェットヘッド１００をインクジェット印刷機（図示略）へ取り付ける際の取り付け部となる機能を有する。

また、筐体９は、共通インク供給流路７および共通インク排出流路８を有する。

筐体９は、例えば、ＳＵＳなどの金属、樹脂、セラミック、または、これらを複合させたものなどを用いて形成することが可能である。

筐体９の材料としてＳＵＳなどの金属を用いる場合の筐体９の形成方法としては、例えば、切削や放電加工などの機械加工で形成する方法、ＳＵＳ板をエッチングしたものを積層する方法、３Ｄプリンタを用いて形成する方法、金属粉末を樹脂と混錬したものを射出成型する方法（ＭＩＭ法）、または、これらの方法を複合させた方法などが挙げられる。

筐体９の材料として樹脂を用いる場合の筐体９の形成方法としては、例えば、射出成型または３Ｄプリンタを用いて形成する方法などが挙げられる。

筐体９の材料としてセラミックを用いる場合の筐体９の形成方法としては、例えば、機械加工で形成する方法、セラミック粉末を樹脂と混錬したものを射出成型する方法（ＣＩＭ法）などが挙げられる。

以上、筐体９の形成方法を例示したが、上述したとおり、筐体９は、インクジェットヘッド１００をインクジェット印刷機へ取り付ける際の取り付け部として機能する。そのため、取り付けの位置精度や強度などを考慮すると、筐体９は、ＳＵＳを機械加工して形成されることが好ましい。ただし、筐体９の形成方法は、それに限定されない。

＜効果＞
図１Ａに示すように、絞り部４１ａにおける圧力発生室３側の端部４１ａ１の位置と、絞り部４３ａにおける圧力発生室３側の端部４３ａ１の位置とを比較した場合、端部４１ａ１は、端部４３ａ１よりも、個別インク供給流路４８側に位置している。

また、図１Ａに示すように、絞り部４１ｂにおける圧力発生室３側の端部４１ｂ１の位置と、絞り部４３ｂにおける圧力発生室３側の端部４３ｂ１の位置とを比較した場合、端部４１ｂ１は、端部４３ｂ１よりも、個別インク排出流路４９側に位置している。

すなわち、端部４３ａ１と端部４３ｂ１との間の距離（内径と言ってもよい）は、端部４１ａ１と端部４１ｂ１との間の距離（内径と言ってもよい）よりも短い。よって、圧力発生室３は、図１Ａに示すように、振動板６側（圧電素子５側と言ってもよい）の内径よりもノズル２側の内径が短い形状（擂鉢状）をしている。

そのため、高い圧力を発生可能なｄ３３モードで圧電素子５を駆動することにより、圧力発生室３で発生した圧力が擂鉢形状の延長線上に位置するノズル２に向かって集中する。その結果、高粘度のインクを効率よく吐出することが可能になる。

また、上述したとおり、流路形成基板４を構成する各基板４１～４５は、金属拡散接合または接着剤を用いた接合により形成されるが、接合の際に、基板間において位置ずれ（図１Ａの左右方向のずれ）が発生しやすい。

しかし、本実施の形態のインクジェットヘッド１００では、第一絞り部形成基板４１と第二絞り部形成基板４３との間に位置ずれが発生したとしても、絞り部４１ａおよび絞り部４３ａそれぞれの端部の位置関係が、図１Ａの左側から順に端部４３ａ１、端部４１ａ１、端部４１ａ２、端部４３ａ２である限り、インク入口部４６のインク流れ方向の長さは一定であり、流路抵抗がほぼ一定になる。

同様に、絞り部４１ｂおよび絞り部４３ｂそれぞれの端部の位置関係が、図１Ａの左側から順に端部４３ｂ２、端部４１ｂ２、端部４２ｂ１、端部４３ｂ１である限り、インク出口部４７のインク流れ方向の長さは一定であり、流路抵抗がほぼ一定になる。

そのため、圧力発生室３内のインクの圧力のチャンネル毎のばらつきまたはヘッド毎のばらつきが小さくなる。よって、吐出状態のばらつきが小さいインクジェットヘッド１００を実現することが可能である。

ここで、本実施の形態のインクジェットヘッド１００において、インク液滴の吐出動作時に圧力発生室３から漏れた圧力波について、図１Ｃを用いて説明する。図１Ｃは、インク入口部４６およびインク出口部４７のそれぞれを通って漏れた圧力波の進行方向を示している。なお、図１Ｃに示すインクジェットヘッド１００の構造は、図１Ａと同様である。

図１Ｃに示すように、絞り部４１ａにおける個別インク供給流路４８側の端部４１ａ２、絞り部４３ａにおける個別インク供給流路４８側の端部４３ａ２は、図の左側からその順に位置している。換言すれば、端部４１ａ２は、端部４３ａ２よりも圧力発生室３側に位置している。

よって、図１Ｃに示すように、絞り部４３ａの端部４３ａ２と個別インク供給流路４８の端部４ａとの間の距離（内径と言ってもよい）は、絞り部４１ａの端部４１ａ２と個別インク供給流路４８の端部４ａとの間の距離（内径と言ってもよい）よりも短い。したがって、個別インク供給流路４８は、振動板６側（圧電素子５側と言ってもよい）の内径よりもノズル２側の内径が短い形状をしている。

このような構造により、インク液滴の吐出動作時に圧力発生室３で発生した圧力のうち、インク入口部４６から個別インク供給流路４８へ向かって漏れた圧力波４２ａは、端部４１ａ２を通過した段階で図の上方向へ進み、振動板６で反射した後、個別インク供給流路４８の端部４ａに当たる。そして、端部４ａで反射した圧力波４２ｂは、第二絞り部形成基板４３で反射し、端部４１ａ２へ向かう。

このように、インク入口部４６から漏れた圧力波は、直進せずに擾乱されて進行する。よって、圧力波が個別インク供給流路４８の端部４ａに対して垂直に当たることによってその反射波がインク入口部４６へ直接侵入することを抑制する効果を得られる。

また、図１Ｃに示すように、絞り部４３ｂにおける個別インク排出流路４９側の端部４３ｂ２、絞り部４１ｂにおける個別インク排出流路４９側の端部４１ｂ２は、図の左側からその順に位置している。換言すれば、端部４１ｂ２は、端部４３ｂ２よりも圧力発生室３側に位置している。

よって、図１Ｃに示すように、絞り部４３ｂの端部４３ｂ２と個別インク排出流路４９の端部４ｂとの間の距離（内径と言ってもよい）は、絞り部４１ｂの端部４１ｂ２と個別インク排出流路４９の端部４ｂとの間の距離（内径と言ってもよい）よりも短い。したがって、個別インク排出流路４９は、振動板６側（圧電素子５側と言ってもよい）の内径よりもノズル２側の内径が短い形状をしている。

このような構造により、インク液滴の吐出動作時に圧力発生室３で発生した圧力のうち、インク出口部４７から個別インク排出流路４９へ向かって漏れた圧力波４２ｅは、端部４１ｂ２を通過した段階で図の上方向へ進み、振動板６で反射した後、個別インク排出流路４９の端部４ｂに当たる。そして、端部４ｂで反射した圧力波４２ｆは、第二絞り部形成基板４３で反射し、端部４３ｂ２へ向かう。

このように、インク出口部４７から漏れた圧力波は、直進せずに擾乱されて進行する。よって、圧力波が個別インク排出流路４９の端部４ｂに対して垂直に当たることによってその反射波がインク出口部４７へ直接侵入することを抑制する効果を得られる。

これに対し、インクジェットヘッド１００の比較例としてのインクジェットヘッドにおける反射波について、図１Ｄを用いて説明する。図１Ｄは、本比較例のインクジェットヘッドの断面を示す模式図である。また、図１Ｄは、そのインクジェットヘッドにおいて、圧力発生室３から漏れた圧力波の進行方向を示している。

図１Ｄに示すように、本比較例のインクジェットヘッドでは、絞り部４１ａの端部４１ａ２と、絞り部４３ａの端部４３ａ２とが、図の左右方向において同じ位置にある。また、絞り部４１ｂの端部４１ｂ２と、絞り部４３ｂの端部４３ｂ２とが、図の左右方向において同じ位置にある。

このような構造では、インク液滴の吐出動作時に圧力発生室３で発生した圧力のうち、インク入口部４６から個別インク供給流路４８へ向かって漏れた圧力波４２ｃは、直進し、個別インク供給流路４８の端部４ａに対して垂直に当たる。そして、端部４ａで反射した圧力波４２ｄは、直進し、インク入口部４６へ直接侵入する。よって、圧力発生室３の内部に余計な圧力変動が発生し、インクの吐出特性にばらつきが生じてしまう。

なお、図１Ｄにおいて進行方向の図示は省略しているが、インク液滴の吐出動作時に圧力発生室３で発生した圧力のうち、インク出口部４７から個別インク排出流路４９へ向かって漏れた圧力波も、上記同様に直進し、その反射波は、インク出口部４７へ直接侵入する。よって、圧力発生室３の内部に余計な圧力変動が発生し、インクの吐出特性にばらつきが生じてしまう。

本実施の形態のインクジェットヘッド１００において、端部４３ａ１と端部４１ａ１との間の距離（図１Ａの左右方向における距離。以下同様）、端部４１ａ２と端部４３ａ２との間の距離、端部４３ｂ２と端部４１ｂ２との間の距離、端部４１ｂ１と端部４３ｂ１との間の距離は、それぞれ、接合時に想定される位置ずれのマージン以上であればよく、例えば、３０μｍ以上、好ましくは５０μｍ以上であればよい。

以上説明したように、本実施の形態のインクジェットヘッド１００は、ｄ３３モードで駆動される圧電素子５と、圧電素子５の下方に設けられ、圧電素子５の駆動により圧力が発生する圧力発生室３と、圧力発生室３と連通した個別インク供給流路４８と、圧力発生室３と連通した個別インク排出流路４９と、圧力発生室３の下方に設けられ、圧力発生室３内のインクを吐出するノズル２と、を有し、ノズル２の列設方向に直交する方向の断面視において、圧力発生室３、個別インク供給流路４８、および個別インク排出流路４９それぞれの内径は、圧電素子５側よりもノズル２側の方が短いことを特徴とする。

この特徴により、圧力発生室３で発生した圧力はノズル２に向かって集中するため、高粘度のインクを効率よく吐出することが可能になる。また、圧力発生室３から個別インク供給流路４８および個別インク排出流路４９へ漏れた圧力波は、それら流路内で擾乱されるため、圧力発生室３内への戻りを抑制することができる。よって、圧力発生室３内における余計な圧力変動の発生を抑制でき、インクの吐出特性のばらつきの発生を抑制できる。

以上のことから、インクジェットヘッド１００は、高粘度のインクをばらつき無く吐出することができる。

（実施の形態２）
本開示の実施の形態２のインクジェットヘッド２００について、図２を用いて説明する。図２は、インクジェットヘッド２００の断面を示す模式図である。

圧電素子５の駆動により圧力発生室３内で発生した圧力波４２ｇは、圧力発生室３内で左右対称に広がった後、絞り部４１ａの端部４１ａ１、絞り部４１ｂの端部４１ｂ１、絞り部４３aの端部４３ａ１、絞り部４３ｂの端部４３ｂ１で反射し、圧力発生室３の中心Ｂ－Ｂ’（以下、中心Ｂ－Ｂ’という）で合流する。このように圧力が集中する中心Ｂ－Ｂ’上では、効率よくインク液滴を吐出できることになる。

その一方で、第一絞り部形成基板４１と第二絞り部形成基板４３とに接合ずれがある場合、圧力発生室３内で反射した圧力波の合流地点が中心Ｂ－Ｂ’からずれる。そのため、吐出特性が大きく変化してしまうことになる。

そこで、図２に示すように、ノズル２の位置Ｃ－Ｃ’（以下、位置Ｃ－Ｃ’という）を中心Ｂ－Ｂ’よりもインク出口部４７側にずらすことにより、第一絞り部形成基板４１と第二絞り部形成基板４３との接合ずれによる吐出特性のばらつきを抑制することが可能になる。位置Ｃ－Ｃ’は、例えば、ノズル２の吐出口の中心位置である。

位置Ｃ－Ｃ’が中心Ｂ－Ｂ’からあまり離れていないと、第一絞り部形成基板４１と第二絞り部形成基板４３との接合ずれの結果、偶然に、位置Ｃ－Ｃ’が中心Ｂ－Ｂ’に位置する可能性がある。よって、図２の左右方向における位置Ｃ－Ｃ’と中心Ｂ－Ｂ’との間の距離は、接合ずれのマージンよりも大きくすればよく、例えば、３０μｍ以上、好ましくは５０μｍ以上であればよい。

なお、位置Ｃ－Ｃ’を中心Ｂ－Ｂ’よりもインク入口部４６側にずらすことでも、上記同様の効果を得ることができる。

（実施の形態３）
本開示の実施の形態３のインクジェットヘッド３００について、図３を用いて説明する。図３は、インクジェットヘッド３００の断面を示す模式図である。

インクジェットヘッド３００は、例えば図１Ａに示したインクジェットヘッド１００と比較して、圧力発生室底面基板４４の板厚が薄い点が異なる。

圧力発生室底面基板４４の板厚を薄くすることにより、圧力発生室底面基板４４のうち、個別インク供給流路４８および個別インク排出流路４９のそれぞれの位置に対応する部分は、ダンパーとして機能する。

ダンパー作用を得るために、圧力発生室底面基板４４の板厚は、例えば、３０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下であればよい。

第一絞り部形成基板４１、絞り流路形成基板４２、および第二絞り部形成基板４３それぞれの板厚は、１０μｍ～２００μｍであることが好ましい。板厚が１０μｍ未満であると、薄すぎて接合前のハンドリングが困難になる。一方、板厚が２００μｍより大きいと、エッチングで流路を形成する場合において、深くエッチングする必要があり、微細な流路形成が困難になる。

また、第一絞り部形成基板４１、絞り流路形成基板４２、および第二絞り部形成基板４３それぞれの板厚は、同じあってもよいし、互いに異なっていてもよい。

上述した構造を備えたインクジェットヘッド３００では、圧力発生室３からインク入口部４６およびインク出口部４７のそれぞれを介して漏れた圧力波は、圧力発生室底面基板４４のうちダンパーとして機能する部分に当たったときに減衰し、圧力発生室３へ戻りにくくなる。よって、より効果的にインクの吐出特性のばらつきを小さくすることができる。

なお、圧力発生室底面基板４４のうち、圧力発生室３の位置に対応する部分は、ダンパーとして機能しない。これは、その部分におけるノズル２側の面（換言すれば、圧力発生室３側の面の裏面）に、板厚が十分な圧力発生室底面基板４５が設けられているからである。

また、上記説明では、個別インク供給流路４８および個別インク排出流路４９のそれぞれの位置に対応する部分がダンパーとして機能する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、個別インク供給流路４８または個別インク排出流路４９のいずれかの位置に対応する部分をダンパーとして機能させてもよい。

（実施の形態４）
上述したインクジェットヘッド１００～３００において、圧力発生室底面基板４４、４５およびノズルプレート１を合わせた厚み（以下、合計厚みという）を、３０μｍ～３００μｍとしてもよい。合計厚みは、圧力発生室３の底面からノズル２のメニスカス面までの距離ということができる。

合計厚みが３０μｍよりも小さいと、ノズル２の形状を構成できる板厚を確保しつつ、圧力発生室底面基板４４、４５の剛性を得ることができなくなる。その結果、圧力発生室３で発生した圧力が圧力発生室３内でダンピングされて打ち消されてしまうため、好ましくない。

一方、合計厚み３００μｍよりも大きいと、圧力発生室３からノズル２のメニスカス面までの距離が長くなるため、インクが高粘度である場合、圧力損失が大きくなり、吐出特性が低下してしまうため、好ましくない。

（実施の形態５）
本開示の実施の形態５のインクジェットヘッド４００について、図４を用いて説明する。図４は、インクジェットヘッド４００の断面を示す模式図である。

インクジェットヘッド４００は、例えば図１Ａに示したインクジェットヘッド１００と比較して、個別インク供給流路４８の端部４ａおよび個別インク排出流路４９の端部４ｂのそれぞれに凹凸を設けた点が異なる。

端部４ａは、個別インク供給流路４８における圧力発生室３側の端部（絞り部４１ａおよび絞り部４３ａで構成される端部）に対向する端部であると言える（他の実施の形態も同様）。また、端部４ｂは、個別インク排出流路４９における圧力発生室３側の端部（絞り部４１ｂおよび絞り部４３ｂで構成される端部）に対向する端部であると言える（他の実施の形態も同様）。

上述した構造を備えたインクジェットヘッド４００では、圧力発生室３からインク入口部４６およびインク出口部４７のそれぞれを介して漏れた圧力波は、個別インク供給流路４８の端部４ａおよび個別インク排出流路４９の端部４ｂのそれぞれに当たることによって、擾乱され易くなる。そのため、圧力波は、圧力発生室３へ戻りにくくなる。よって、より効果的にインクの吐出特性のばらつきを小さくすることができる。

なお、上記説明では、端部４ａおよび端部４ｂの両方に凹凸を設ける場合を例に挙げて説明したが、端部４ａまたは端部４ｂのいずれか一方に凹凸を設けてもよい。

上述した凹凸は、例えば、ＳＵＳで構成された第一絞り部形成基板４１、絞り流路形成基板４２、および第二絞り部形成基板４３に対して、ウェットエッチング加工を行うことによって形成することができる。両面エッチングの場合では、各基板において、基板深さ方向の中央付近に凸部が生じる。片面エッチングの場合では、各基板において、基板深さ方向にテーパ形状の凸部が生じる。このようにして生じた凸部を備えた各基板を積層することにより、図４に示すように、端部４ａ、４ｂに凹凸が形成される。

（実施の形態６）
本開示の実施の形態６のインクジェットヘッド５００について説明する。

インクジェットヘッド５００は、上述したインクジェットヘッド１００～４００のいずれかと同様の構成（図１Ａ、図２～図４参照）を有する。

図５は、インクジェットヘッド５００の流路形成基板４を真上から見た状態を示す模式図である。ただし、図５では、インク入口部４６およびインク出口部４７を図示するため、絞り部４１ａ、４１ｂの図示は省略している。

換言すれば、図５は、ノズル２、圧力発生室３、流路形成基板４、インク入口部４６、インク出口部４７、個別インク供給流路４８、個別インク排出流路４９、端部４ａ、４ｂ、接続部７ａ、８ａの上面視を示している。

図５に示すように、真上から見た個別インク供給流路４８の端部４ａおよび個別インク排出流路４９の端部４ｂは、円弧状である。

上述した構造を備えたインクジェットヘッド５００では、圧力発生室３からインク入口部４６およびインク出口部４７のそれぞれを介して漏れた圧力波は、個別インク供給流路４８の端部４ａおよび個別インク排出流路４９の端部４ｂのそれぞれに当たることによって、擾乱され易くなる。そのため、圧力波は、圧力発生室３へ戻りにくくなる。よって、より効果的にインクの吐出特性のばらつきを小さくすることができる。

なお、上記説明では、端部４ａおよび端部４ｂが円弧状である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、直線状でなければよい（換言すれば、非直線形状であればよい）。ただし、共通インク供給流路７（図１Ａ、図２、図３参照）と個別インク供給流路４８とを接続する接続部７ａの断面積、および、共通インク排出流路８（図１Ａ、図２、図３参照）と共通インク排出流路４９とを接続する接続部８ａの断面積が小さくなりすぎると、流路抵抗が高くなってしまう。そのため、端部４ａおよび端部４ｂの非直線形状は、流路抵抗を考慮して適宜決定される。

また、上記説明では、端部４ａおよび端部４ｂの両方を非直線形状（例えば、円弧状）とする場合を例に挙げて説明したが、端部４ａまたは端部４ｂのいずれか一方を非直線形状としてもよい。

また、上記非直線形状は、実施の形態５で説明した凹凸の形成方法と同様に、ＳＵＳで構成された第一絞り部形成基板４１、絞り流路形成基板４２、および第二絞り部形成基板４３に対して、ウェットエッチング加工を行うことによって形成することができる。

（実施の形態７）
本開示の実施の形態７のインクジェットヘッド６００について説明する。

インクジェットヘッド６００は、実施の形態６のインクジェットヘッド５００と同じ構成を有する。

図６は、インクジェットヘッド６００の流路形成基板４を真上から見た状態を示す模式図である。ただし、図６では、インク入口部４６およびインク出口部４７を図示するため、絞り部４１ａ、４１ｂの図示は省略している。

換言すれば、図６は、ノズル２、圧力発生室３、流路形成基板４、インク入口部４６、インク出口部４７、個別インク供給流路４８、個別インク排出流路４９、端部４ａ、４ｂ、４１ａ１、４１ｂ１、４３ａ１、４３ｂ１、接続部７ａ、８ａの上面視を示している。

図６に示すように、真上から見た端部４１ａ１、端部４１ｂ１、端部４３ａ１、および端部４３ｂ１は、円弧状である。

なお、図６に示す端部４１ａ１は、図１Ａに示した絞り部４１ａにおける圧力発生室３側の端部である。また、図６に示す端部４１ｂ１は、図１Ａに示した絞り部４１ｂにおける圧力発生室３側の端部である。また、図６に示す端部４３ａ１は、図１Ａに示した絞り部４３ａにおける圧力発生室３側の端部である。また、図６に示す端部４３ｂ１は、図１Ａに示した絞り部４３ｂにおける圧力発生室３側の端部である。端部４１ａ１、端部４１ｂ１、端部４３ａ１、および端部４３ｂ１は、「圧力発生室３の内壁」の一例に相当する。

上述した構造を備えたインクジェットヘッド６００では、圧力発生室３内の圧力波は、端部４１ａ１、端部４１ｂ１、端部４３ａ１、および端部４３ｂ１のそれぞれに当たることによって、擾乱され易くなる。そのため、反射波の合流地点の圧力分布をなだらかにすることができる。よって、第一絞り部形成基板４１と第二絞り部形成基板４３との接合ずれによる吐出特性のばらつきをさらに抑制することが可能になる。

なお、上記説明では、端部４１ａ１、端部４１ｂ１、端部４３ａ１、および端部４３ｂ１が円弧状である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、直線状でなければよい（換言すれば、非直線形状であればよい）。

また、上記説明では、端部４１ａ１、端部４１ｂ１、端部４３ａ１、および端部４３ｂ１の全てを非直線形状（例えば、円弧状）とする場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、端部４１ａ１および端部４３ａ１のみを非直線形状としてもよいし、端部４１ｂ１および端部４３ｂ１のみを非直線形状としてもよい。

また、上記非直線形状は、実施の形態５で説明した凹凸の形成方法と同様に、ＳＵＳで構成された第一絞り部形成基板４１、絞り流路形成基板４２、および第二絞り部形成基板４３に対して、ウェットエッチング加工を行うことによって形成することができる。

以上、本開示の各実施の形態について説明した。なお、本開示は、上記説明に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。

本開示のインクジェットヘッドは、高粘度のインクを吐出するインクジェットヘッドに有用である。

１ ノズルプレート
２ ノズル
３ 圧力発生室
４ 流路形成基板
５ 圧電素子
６ 振動板
６１ 振動板接着層
７ 共通インク供給流路
７ａ 接続部
８ 共通インク排出流路
８ａ 接続部
９ 筐体
４１ 第一絞り部形成基板
４２ 絞り流路形成基板
４２ａ、４２ｃ、４２ｅ 圧力発生室から漏れた圧力波
４２ｂ、４２ｄ、４２ｆ 反射した圧力波
４２ｇ 圧力発生室内の圧力波
４３ 第二絞り部形成基板
４４ 圧力発生室底面基板
４５ 圧力発生室底面基板
４６ インク入口部
４７ インク出口部
４８ 個別インク供給流路
４９ 個別インク排出流路
４１ａ、４１ｂ、４３ａ、４３ｂ 絞り部
４ａ 個別インク供給流路の端部
４ｂ 個別インク排出流路の端部
５０ 隔壁
５１ 溝
５２ 駆動チャンネル
５３ 非駆動チャンネル
６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６２e、６２ｆ 薄板部材
６８ インク供給流路
７０ 絞り部
７１ ノズル
７６ 圧電素子
１００、２００、３００、４００、５００、６００ インクジェットヘッド

Claims (8)

1. ｄ３３モードで駆動される圧電素子と、
   前記圧電素子の下方に設けられ、前記圧電素子の駆動により圧力が発生する圧力発生室と、
   前記圧力発生室連通し、前記圧力発生室へインクを供給する個別インク供給流路と、
   前記圧力発生室と連通し、前記圧力発生室らインクを排出する個別インク排出流路と、
   前記圧力発生室の下方に設けられ、前記圧力発生室内のインクを吐出するノズルと、を有し、
   前記ノズルの列設方向に直交する方向の断面視において、前記圧力発生室、前記個別インク供給流路、および前記個別インク排出流路それぞれの内径は、前記圧電素子側よりも前記ノズル側の方が短い、
   インクジェットヘッド。
2. 前記圧力発生室と前記個別インク供給流路とを連通するインク入口部を形成するために前記圧電素子側に設けられた第１絞り部と、
   前記インク入口部を形成するために前記ノズル側に設けられた第２絞り部と、
   前記圧力発生室と前記個別インク排出流路とを連通するインク出口部を形成するために前記圧電素子側に設けられた第３絞り部と、
   前記インク出口部を形成するために前記ノズル側に設けられた第４絞り部と、をさらに有し、
   前記ノズルの列設方向に直交する方向の断面視において、
   前記第１絞り部における前記圧力発生室側の端部は、前記第２絞り部における前記圧力発生室側の端部よりも、前記個別インク供給流路側に位置しており、
   前記第１絞り部における前記個別インク供給流路側の端部は、前記第２絞り部における前記個別インク供給流路側の端部よりも、前記圧力発生室側に位置しており、
   前記第３絞り部における前記圧力発生室側の端部は、前記第４絞り部における前記圧力発生室側の端部よりも、前記個別インク排出流路側に位置しており、
   前記第３絞り部における前記個別インク排出流路側の端部は、前記第４絞り部における前記個別インク排出流路側の端部よりも、前記圧力発生室側に位置している、
   請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記ノズルの列設方向に直交する方向の断面視において、
   前記ノズルの位置は、前記圧電素子の中心を基準として、前記個別インク供給流路側または前記個別インク排出流路側のいずれかにずれている、
   請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記個別インク供給流路および前記個別インク排出流路の少なくとも一方の底面部分は、圧力波を減衰させるダンパー機能を有する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記圧力発生室の底面から前記ノズルのメニスカス面までの距離は、３０μｍ～３００μｍである、
   請求項１から４のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
6. 前記ノズルの列設方向に直交する方向の断面視において、
   前記個別インク供給流路における前記圧力発生室側の端部に対向する端部、および、前記個別インク排出流路における前記圧力発生室側の端部に対向する端部の少なくとも一方に凹凸が設けられている、
   請求項１から５のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
7. 前記個別インク供給流路および前記個別インク排出流路の上面視において、
   前記個別インク供給流路における前記圧力発生室側の端部に対向する端部、および、前記個別インク排出流路における前記圧力発生室側の端部に対向する端部の少なくとも一方が非直線形状である、
   請求項１から６のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
8. 前記圧力発生室の上面視において、
   前記圧力発生室の内壁のうち少なくとも一部分が非直線形状である、
   請求項１から７のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。

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