WO2012029678A1 - インクジェットヘッド - Google Patents

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WO2012029678A1
WO2012029678A1 PCT/JP2011/069373 JP2011069373W WO2012029678A1 WO 2012029678 A1 WO2012029678 A1 WO 2012029678A1 JP 2011069373 W JP2011069373 W JP 2011069373W WO 2012029678 A1 WO2012029678 A1 WO 2012029678A1
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WO
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pressure chamber
ink
cross
flow path
head
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/069373
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English (en)
French (fr)
Inventor
英幸 小林
Original Assignee
コニカミノルタＩｊ株式会社
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Publication date
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    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14209—Structure of print heads with piezoelectric elements of finger type, chamber walls consisting integrally of piezoelectric material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B41J2002/14491—Electrical connection
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B41J2202/00—Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/11—Embodiments of or processes related to ink-jet heads characterised by specific geometrical characteristics

Definitions

  • the present invention relates to an inkjet head.
  • a channel serving as a pressure chamber is ground on a piezoelectric substrate, an electrode is formed on a partition partitioning the channel, and a voltage is applied to the electrode to shear and deform the partition so that ink in the channel is discharged from a nozzle.
  • the share mode type structure can easily increase the nozzle density to make a high-definition head.
  • liquid volume fluctuations and speed fluctuations greatly affect print quality.
  • Patent Document 1 discloses a technique in which a pressure chamber and a common ink chamber communicating with the entire entrance surface of the pressure chamber are joined and ejected from a nozzle provided in the pressure chamber. Has been. However, this was insufficient for speeding up and could not be used.
  • a throttling portion is provided as a thick micro-channel on the supply side of the pressure chamber for applying pressure to the ink and the outlet side of the nozzle to suppress the reverberation of the pressure.
  • Patent Document 3 discloses a technique aimed at speeding up by increasing the viscous resistance with a fine flow path of a throttle having a length which is a semicircular cross-sectional area.
  • JP 2006-82396 A JP-A-9-327909 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-19796
  • Patent Document 1 As described above, the technique disclosed in Patent Document 1 is insufficient for speeding up and cannot be used.
  • the viscous resistance due to the restriction is inversely proportional to the square of the cross-sectional area and proportional to the length (thickness). Absent.
  • an effect is to be obtained with actual water-based ink, it is necessary to provide an aperture having a diameter of 40 ⁇ m or less and a thickness of 100 ⁇ m or more.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and suppresses meniscus extrusion at the time of injection, improves the print quality by continuously ejecting at high speed and stably discharging a low viscosity liquid. Another object is to provide an inkjet head that is inexpensive to manufacture.
  • a pressure chamber for applying pressure to the ink stored inside A nozzle disposed on the front side of the pressure chamber for discharging ink in the pressure chamber; A supply channel that is disposed on the rear side of the pressure chamber and supplies ink to the pressure chamber;
  • An inkjet head comprising: In the cross section at the junction between the pressure chamber and the supply flow path, the cross section of the pressure chamber and the cross section of the supply flow path have a single overlapping region with respect to the cross section of one pressure chamber, When the cross-sectional area of one pressure chamber is S1, the cross-sectional area of the supply flow path is S2, and the cross-sectional area of the overlapping region is S3 (S3> 0), the relationship of S3 ⁇ S1 and S3 ⁇ S2 is satisfied.
  • An inkjet head characterized by that.
  • 2. A shear mode type inkjet head comprising a plurality of the pressure chambers, and partition walls separating the pressure chambers arranged adjacent to each other are actuators that are deformed in response to an applied voltage. The inkjet head as described. 3. 3. The ink jet head according to claim 1 or 2, wherein a plurality of the pressure chambers are provided, and the supply flow paths arranged corresponding to the pressure chambers are connected at the joint. 4). 4. The inkjet head according to claim 1, wherein the joint portion includes at least two step portions with energy loss. 5. 5. 5. The inkjet head according to claim 1, wherein a length of one side of the overlapping region is 10 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
  • an ink jet which suppresses meniscus extrusion at the time of injection, continuously injects at a high speed drive, and stably discharges a low viscosity liquid to improve the print quality, and is inexpensive at the time of manufacture.
  • a head can be provided.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing an example of an inkjet head of the present invention.
  • 1 is a side sectional view of the ink jet head of FIG.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a method of manufacturing a head chip.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a method of manufacturing a head chip.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a method of manufacturing a head chip.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a method of manufacturing a head chip.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a method of forming a connection electrode
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the junction between the head chip and the flow path substrate in FIG. 9 as viewed from the flow path substrate side.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the joint between the head chip and the flow path substrate in FIG. 11 as viewed from the flow path substrate side.
  • the present invention has been intensively studied on a head that can be manufactured at low cost, can withstand the discharge of a low-viscosity liquid, and can improve the speed.
  • This viscous resistance is inversely proportional to the square of the area as described above, and as the length and viscosity increase, the loss becomes more likely to attenuate.
  • this is used to reduce the area and increase the length of the hole in the diaphragm, and to increase the viscous resistance with the wall of the diaphragm.
  • This is a technology to reduce meniscus extrusion and pressure wave reverberation by increasing the pressure.
  • a pressure chamber that applies pressure to the ink stored therein, a nozzle that is disposed on the front side of the pressure chamber and that discharges ink in the pressure chamber, and a rear surface side of the pressure chamber is disposed in the pressure chamber.
  • An ink jet head having a supply flow path for supplying ink, wherein the cross section of the pressure chamber and the cross section of the pressure chamber in the cross section of the joint between the pressure chamber and the supply flow path It has a single overlapping region where the cross-sections of the supply channels overlap, and the cross-sectional area of one pressure chamber is S1, the cross-sectional area of the supply flow channel is S2, and the cross-sectional area of the overlapping region is S3 (S3> 0) ),
  • S3 cross-sectional area of one pressure chamber
  • S2 the cross-sectional area of the supply flow channel
  • S3 the cross-sectional area of the overlapping region
  • this loss part and structure can be easily created and has the advantage of low cost.
  • the amount of droplets is not reduced. Therefore, by simply providing the energy loss portion of the present invention, the amount of droplets is not reduced and the resonance period is delayed. Thus, it has been found that, by suppressing and controlling the meniscus extrusion so far, it can withstand the discharge of a low-viscosity liquid and the speed can be improved.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing an example of an ink jet head of the present invention
  • FIG. 2 is a side sectional view including a head channel (hereinafter also referred to as a pressure chamber), and in the figure, 1 is a head chip (pressure chamber forming member).
  • 1 is a head chip (pressure chamber forming member).
  • 2 is a nozzle plate bonded to the front surface of the head chip
  • 3 is a flow path substrate (supply flow path forming member) bonded to the rear surface of the head chip
  • 4 is an FPC bonded to the flow path substrate 3
  • Reference numeral 5 denotes a manifold joined to the rear surface of the flow path substrate 3.
  • front surface the surface on the side where ink is ejected from the head chip 1
  • rear surface the opposite surface
  • upper surface and lower surface the outer surfaces located above and below in the figure across the channels arranged in parallel in the head chip
  • the head chip 1 is a shear mode head in which partition walls 13 and channels 14 made of piezoelectric elements, which are examples of actuators, are alternately arranged between two substrates 11 and 12.
  • the inkjet head of the present invention has a plurality of pressure chambers as shown in FIG. 1, and a partition mode partitioning pressure chambers arranged adjacent to each other is constituted by an actuator that is deformed in response to an applied voltage. It is preferable that the head is.
  • the shape of the channel 14 is such that both side walls rise substantially perpendicular to the substrates 11 and 12 and are parallel to each other. As shown in FIG. 2, an outlet and an inlet of each channel 14 are disposed on the front surface and the rear surface of the head chip 1, respectively, and each channel 14 has a size and shape approximately in the length direction from the inlet to the outlet. Straight type that does not change. In this way, by applying the present invention to a head in which the channel 14 is a straight type, it is more inexpensive, the direction of ejection is the same as the direction of ink supply, the effect of this energy loss is easily manifested, and the speed is increased. This is preferable because the cost can be reduced.
  • two piezoelectric element substrates 13a and 13b are respectively bonded to one substrate 12 using an adhesive (FIG. 3A).
  • an adhesive such as an epoxy adhesive or the like can be used as the adhesive.
  • the piezoelectric element material used for each of the piezoelectric element substrates 13a and 13b a known piezoelectric element material that deforms when a voltage is applied can be used, and lead zirconate titanate (PZT) is particularly preferable.
  • the two piezoelectric element substrates 13a and 13b are laminated with their polarization directions (indicated by arrows) opposite to each other, and are bonded to the substrate 12 using an adhesive.
  • a plurality of parallel grooves are ground using a dicing blade or the like over the two piezoelectric element substrates 13a and 13b.
  • the partition walls 13 made of piezoelectric elements whose polarization directions are opposite to each other in the height direction are arranged on the substrate 12 in parallel.
  • Each groove is ground at substantially the same constant depth from one end to the other end of the piezoelectric element substrates 13a and 13b, thereby forming a straight channel 14 whose size and shape are not substantially changed in the length direction. (FIG. 3B).
  • the entire partition wall 13 formed by the piezoelectric element substrates 13a and 13b is efficiently sheared and deformed with a large deformation amount.
  • a high pressure can be applied to the ink, and the ink can be driven at a low voltage. Further, the ink landing deviation can be suppressed and the image quality can be improved.
  • the piezoelectric element substrate 13b is made thicker instead of using the substrate 12, and a plurality of parallel grooves extending from the thin piezoelectric element substrate 13a side to the middle portion of the thick piezoelectric element substrate 13b are ground. Accordingly, the portion of the substrate 12 may be integrally formed by the piezoelectric element substrate 13b simultaneously with the formation of the partition wall 13 whose polarization direction is opposite in the height direction.
  • the metal that forms the drive electrode 15 includes Ni, Co, Cu, Al, and the like.
  • Al and Cu are preferably used from the viewpoint of electrical resistance, but Ni is preferably used from the viewpoint of corrosion, strength, and cost.
  • a laminated structure in which Au is further laminated on Al may be employed.
  • Examples of the formation of the drive electrode 15 include a method of forming a metal film by a method using a vacuum apparatus such as a vapor deposition method, a sputtering method, a plating method, or a CVD (chemical vapor reaction method). It is particularly preferable to form by electroless plating. By electroless plating, a uniform and pinhole-free metal coating can be formed.
  • the thickness of the plating film is preferably in the range of 0.5 to 5 ⁇ m.
  • the driving electrode 15 Since it is necessary to make the driving electrode 15 independent for each channel 14, it is preferable that a metal film is not formed on the upper surface of the partition wall 13. For this reason, for example, by sticking a dry film on the upper surface of each partition wall 13 in advance, forming a resist, forming a metal film, and then removing it, the side surfaces of each partition wall 13 and the bottom surface of each channel 14 are selected.
  • the drive electrode 15 may be formed (FIG. 3C).
  • the substrate 11 is bonded to the upper surface of the partition wall 13 using an adhesive.
  • an adhesive such as an epoxy adhesive or the like can be used as the adhesive.
  • a head substrate formed by bonding the substrate 11, the piezoelectric element substrates 13 a and 13 b, and the substrate 12 is cut along a plurality of cut lines C 1, C 2, and so on along a direction orthogonal to the length direction of the channel 14.
  • a plurality of harmonica type head chips 1, 1... Are manufactured at once (FIG. 3D).
  • the cut lines C1, C2,... Determine the drive length (L length) of the channels 14 of the head chips 1, 1,... Produced thereby, and are appropriately determined according to the drive length.
  • a positioning groove 17 When forming a positioning groove 17 to be described later, it can be formed in the same process by appropriately controlling the depth of cut and counterboring between the respective cut lines C1, C2,.
  • the rear surface of the head chip 1 thus produced is drawn from the portion of the drive electrode 15 formed on the bottom surface of the channel 14 (the surface of the substrate 12 facing the channel 14) to the rear end surface of the substrate 12.
  • a connection electrode 16 is formed.
  • the connection electrode 16 includes at least a portion formed on the bottom surface of the channel 14 of the drive electrode 15 on one surface (rear surface) of the cut surface of the head chip 1, and extends toward the end surface of the substrate 12. It can be formed by sticking a photosensitive dry film 200 having an opened opening 201 and depositing a metal for electrode formation such as Al to form a metal film in the opening 201. Alternatively, a laminated structure may be formed by a method such as vapor deposition of Au on an Al metal film. Further, the connection electrode 16 may be formed by sputtering instead of vapor deposition.
  • the opening 201 is desirably opened over the entire surface of the channel 14 in consideration of workability in the development process and the water washing process of the photosensitive dry film 200. Opening on the entire surface facilitates removal of the developer and washing water in the channel 14.
  • connection electrodes 16 electrically connected to the drive electrodes 15 from the respective channels 14 are provided on the one surface (rear surface) of the head chip 1 for each channel 14. Pulled independently. Since only the rear surface portion of the head chip 1 needs to be used as the connection electrode 16, there is less risk of disconnection than when the connection electrode 16 passes through a plurality of corners.
  • connection electrode 16 may be drawn out to either the substrate 11 or the substrate 12 on the rear surface of the head chip 1.
  • the connection electrode 16 is drawn out to the substrate 12 side. This is because the connection electrode 16 can be drawn out using the portion of the drive electrode 15 formed on the bottom surface of the channel 14. In this way, the width of the connection electrode 16 can be formed to be equal to or smaller than the width of the channel 14, and the risk of an electrical short between adjacent connection electrodes 16 can be avoided. It is also possible to pull it out to the 11 side. In this case, the driving electrode 15 may be pulled out by using the side surface of the channel 14, preferably the portion formed on both side surfaces.
  • the nozzle plate 2 is joined to the front surface of the head chip 1.
  • nozzles 21 are opened at positions corresponding to the respective channels 14.
  • the flow path substrate 3 bonded to the rear surface of the head chip 1 is formed of a single plate-like substrate made of glass, ceramic, or silicon (Si). Since these substrates have a thermal expansion coefficient close to that of PZT, which is a piezoelectric material that is usually used for the head chip 1, it can be accurately bonded to the head chip 1 and the head chip 1 due to the difference in thermal expansion coefficient. The occurrence of distortion or the like can be suppressed.
  • the silicon substrate a silicon single crystal substrate is preferable.
  • the flow path substrate 3 is in direct contact with the ink, these substrates are excellent in ink resistance, so that corrosion or the like due to the reaction with the ink hardly occurs due to the ink composition.
  • a silicon oxide film or a silicon nitride film may be formed on the substrate surface.
  • the material constituting the flow path substrate 3 is not limited to a single plate of these substrates, and a plurality of thin plate-like substrate materials may be laminated to form a desired thickness.
  • the flow path substrate 3 has the same width as the width direction of the head chip 1 and extends in a direction (vertical direction in FIGS. 1 and 2) perpendicular to the alignment direction (channel row direction) of the channels 14 of the head chip 1.
  • the head chips 1 have projecting portions 31a and 31b that project greatly from the upper and lower surfaces of the head chip 1, respectively.
  • the flow path substrate 3 bonded to the rear surface of the head chip 1 has a through-hole extending along the channel alignment direction and penetrating from the bonding surface with the head chip 1 to the surface opposite to the bonding surface with the head chip 1. 35 is formed.
  • the through-hole 35 is an example of a supply flow path for supplying ink to the pressure chamber, and is processed with a width W2 that can cover the inlet side of all the channels 14 along the channel row direction of the head chip 1. .
  • the box-shaped ink manifold 5 in which a common ink chamber capable of storing a larger volume of ink than the port 35 is formed as the recess 51 can be further joined so as to cover the through-hole 35.
  • the ink can be supplied to the recess 51 serving as the common ink chamber by connecting an ink supply tube (not shown) to an ink supply port (not shown) formed in the ink manifold 5 and communicating with the recess 51.
  • the inkjet head of the present invention includes a pressure chamber that applies pressure to ink stored therein, a nozzle that is disposed on the front side of the pressure chamber and that discharges ink in the pressure chamber, and is disposed on the rear surface side of the pressure chamber.
  • An ink jet head having a supply flow path for supplying ink, wherein the cross section of the pressure chamber and the cross section of the supply flow path are When the cross-sectional area of one pressure chamber is S1, the cross-sectional area of the supply flow path is S2, and the cross-sectional area of the overlapping area is S3 (S3> 0), where S1 ⁇ It is characterized by satisfying the relationship of S1 and S3 ⁇ S2.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the joint between the head chip 1 and the flow path substrate 3 as viewed from the flow path substrate side.
  • the dotted line indicates the through-hole of the flow path substrate 3 when the flow path substrate 3 is bonded to the head chip 1.
  • positioned is shown.
  • the cross-sectional area S1 of the pressure chamber at the junction between the pressure chamber and the supply channel in this embodiment is the area of one channel 14 on the rear surface of the head chip 1 shown in FIGS. 4B and 5, and has a rectangular or square shape.
  • H3, W3, and S1 of the five channels 14 are formed to be substantially equal to each other.
  • S1 of the center channel 14 is indicated by hatching.
  • the cross-sectional area S2 of the supply flow path at the junction between the pressure chamber and the supply flow path in the present embodiment is the area of the through-hole 35 indicated by the dotted line in FIG. 5, and is rectangular or square as shown in FIG. H2 is the height of the through hole 35, and the width of the through hole 35 is W2.
  • S3 in this embodiment is an area of the part which said S1 and said S2 overlap, and is an area of the part shown with the oblique line of FIG.
  • the overlapping portion has a rectangular or square shape, and refers to an area represented by H4 ⁇ W3 where the height is H4 and the width is W3 (same as the width of the channel 14).
  • the present embodiment is characterized in that the relationship of H4 ⁇ W3 ⁇ H3 ⁇ W3 and H4 ⁇ W3 ⁇ H2 ⁇ W2 is satisfied.
  • the position of the through hole 35 serving as the supply flow path is located on the rear surface side of the channel 14 serving as the pressure chamber.
  • a part of the through hole 35 is shielded by the rear surface of the head chip 1 so as to be displaced in the channel height direction with respect to the position of the opening, and a part of the opening on the rear surface side of the channel 14 is a flow path substrate. Shielding with the front surface of 3.
  • such a configuration is preferable because at least two discontinuous step portions with energy loss are formed at the joint portion as shown in FIG. 2 due to the shielding.
  • the loss due to kinetic energy can be increased by a further synergistic effect, the meniscus can be easily controlled, and the bubble discharge performance is improved.
  • the height H4 in the cross-sectional area S3 is preferably 10 ⁇ m or more and more preferably 10 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less from a practical viewpoint. If it is 200 ⁇ m or less, the stability of the meniscus and the amount of droplets can be achieved at a sufficient viscosity in the practical range. More preferably, the speed can be easily increased with an ink of 100 ⁇ m or less, which has been unusable and easily overflowed. Particularly preferably, it is 10 m or more and 50 ⁇ m or less, and by making it within this range, stable and high-speed ejection is possible even with a further low viscosity of about 3 mPa ⁇ s, and differentiation becomes easy.
  • the through hole 35 formed by the flow path substrate 3 has an area S ⁇ b> 2 across the plurality of channels 14. That is, the supply flow paths arranged corresponding to the respective channels are connected at the joint, and the liquid volume can be sufficiently secured by forming the shape in which S2 is connected in this way. This is preferable because the same effect can be obtained at a low cost.
  • N is an integer of 2 or more
  • the following relationship may be satisfied. That is, when the cross-sectional area of each channel is S1 (i) and the cross-sectional area of the portion overlapping S2 is S3 (i), S3 (i) ⁇ S1 (i), S3 (i) ⁇ S2
  • i 1 to N.
  • a method for forming the through hole 35 As a method for forming the through hole 35, a method of processing with a dicing blade, a method of grinding with an ultrasonic processing machine, a method of processing by blasting, etching, or the like can be adopted, but a method of processing by etching is preferable. Processing can be performed by the following method by applying MEMS (abbreviation for Micro Electro Mechanical Systems) technology.
  • MEMS abbreviation for Micro Electro Mechanical Systems
  • a silicon single crystal substrate is used as the flow path substrate, and the silicon single crystal substrate having a predetermined thickness is anisotropically etched using, for example, a predetermined mask such as a photoresist, so that the through hole 35 is formed. Can be formed.
  • anisotropic etching either wet etching or dry etching may be used.
  • One overhanging portion 31 a of the flow path substrate 3 functions as a bonding portion of the FPC 4, and the same number as the connection electrodes 16 formed on the rear surface of the head chip 1 on the surface on the bonding surface side with the head chip 1.
  • the wiring electrodes 33 are formed at the same pitch.
  • a driving IC 100 for driving a partition made of a piezoelectric element is mounted on the flow path substrate 3, and the driving IC 100 and the wiring electrode 33 are electrically connected by flip chip mounting. By mounting the drive IC in this way, electrode drawing to the outside can be facilitated, which is a preferred embodiment in the present invention.
  • a driving IC for driving the partition wall made of the piezoelectric element is integrally formed in the flow path substrate 3.
  • This configuration eliminates the need for mounting a driving IC.
  • a silicon single crystal substrate may be used as the flow path substrate 3, and a number of transistors that are components of the drive IC may be formed integrally on the silicon single crystal substrate by a semiconductor process. .
  • the wiring electrode 33 is electrically connected to the wiring 41 of the FPC 4 that is electrically connected to an external circuit (not shown) when the FPC 4 is joined.
  • a driving voltage from an external circuit (not shown) is input to the driving IC 100 through the wiring 41 and the wiring electrode 33, and the driving electrode 15 in each channel 14 of the head chip 1 from the driving IC 100 through the wiring electrode 33 and the connection electrode 16. To be applied.
  • the wiring electrode 33 is drawn out to the overhanging portion 31 a that largely protrudes from the head chip 1, it can be easily joined to the FPC 4.
  • the wiring electrode 33 is formed by coating the surface of the flow path substrate 3 with a positive resist by a spin coating method, and then exposing and developing the positive resist using a striped mask to develop a striped positive resist.
  • the surface of the flow path substrate 3 is exposed at the same number and the same pitch as the connection electrodes 16, and a metal film is formed on the surface by a metal for electrode formation by vapor deposition or sputtering. .
  • the metal for forming the electrode the same metal as the connection electrode 16 can be used.
  • the protruding portion of the flow path substrate 3 is not necessarily extended from both the upper and lower surfaces of the head chip 1. However, it is only necessary for one side to be joined to the FPC 4.
  • each wiring electrode 33 is electrically connected to each connection electrode 16 of the head chip 1, and the through hole 35 is connected to the channel inlet side of the head chip 1. And is bonded to the rear surface of the head chip 1 by an anisotropic conductive film or the like.
  • electrical connection methods there are other ordinary mounting methods such as pressure welding bonding with a non-conductive adhesive, and a method in which solder is used for at least one of the wiring electrode 33 and the connection electrode 16 and heated and melted. Methods used in the art can also be used.
  • the drive IC 100 may be mounted on the FPC 4 instead of the flow path substrate 3. It is also preferable to mount an IC as a temperature detection means of the head chip 1 or a temperature control circuit for controlling the temperature on the flow path substrate 3. Similar to the driving IC 100, it can be easily mounted on the flow path substrate 3 made of a silicon substrate.
  • a supply flow path for supplying ink to the inlet of each channel 14 is one common to each channel 14.
  • An electrode (connection electrode 16 and wiring electrode 33) that is formed by the through-hole 35 and that applies a driving voltage from an external circuit to the driving electrode 15 in each channel 14 of the head chip 1 via the driving IC 100. ) Can be taken out.
  • the wiring electrode 33 By forming the wiring electrode 33 on the flow path substrate 3 in which the through-hole 35 serving as the supply flow path is formed, the formation of the supply flow path and the connection between the drive electrode provided in the channel and the external wiring can be easily performed. This is preferable because it is compact and can reduce costs.
  • the number of through-holes 35 is not limited to one, and a plurality of through-holes 35 are formed for each channel 14 in the channel row direction (in this embodiment, since the number of channels is five, the same number as the number of channels is five). May be.
  • the cross-sectional area of each channel is S1 (i)
  • the cross-sectional area of the corresponding supply flow path is S2 (i)
  • the cross-sectional area of the portion overlapping S1 (i) and S2 (i) is S3 (i).
  • the shape and size of the supply flow path are suitable for ink supply. As long as the relational expression of the present invention is satisfied, there is no particular limitation.
  • the shape such that the height H2 of the through hole 35 serving as the supply flow path gradually decreases as the flow path substrate 3 moves away from the joint surface with the head chip 1. .
  • the shape such that the height H2 of the through-hole 35 serving as the supply flow path gradually decreases as the flow path substrate 3 moves away from the joint surface with the manifold 5.
  • the fillet R is provided over the entire width direction of the through hole 35.
  • Reference numerals 17 shown in FIG. 1 to FIG. 6 are positioning grooves formed on the upper surface and the lower surface of the head chip 1, respectively, and the width of the head chip 1 is formed on each of the substrates 11 and 12 on the upper and lower surfaces of the head chip 1. It is formed by grooving over the entire area. This groove processing may be performed after the head chip 1 is cut as shown in FIG. 3D, or may be performed in advance before cutting. As described above, it is preferable to perform the same process when cutting the head chip 1 in order to obtain accuracy.
  • the positioning groove 17 engages the head chip 1 with the convex portion of the holding jig and holds the head chip 1 by the holding jig. To be able to. Accordingly, since the nozzle plate 2 and the flow path substrate 3 can be joined to the head chip 1 in this manner, the head chip 1 held by the holding jig can be deformed. Etc., and a predetermined pressing force can be applied at the time of joining. Either the nozzle plate 2 or the flow path substrate 3 may be bonded to the head chip 1 first. Furthermore, the ink manifold 5 may be bonded after the flow path substrate 3 is bonded to the head chip 1 with the head chip 1 held by the holding jig.
  • the positioning groove 17 can be used as a positioning groove for the exterior when the inkjet head is attached to the exterior. Thereby, the inkjet head can be attached to the exterior with extremely high accuracy, and as a result, the position of the nozzle relative to the exterior can be determined with high accuracy.
  • the positioning groove 17 is not necessarily formed on both the upper surface and the lower surface of the head chip 1, and may be only one of them.
  • the supply flow path for supplying ink to the channel that is the pressure chamber is formed on the flow path substrate, but the supply flow path may be formed in the manifold.
  • FIG. 7 is a side sectional view showing an example of an ink jet head in which a recess 51 serving as a supply channel is formed in the manifold 5.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the joint between the head chip and the manifold shown in FIG. 7 as viewed from the manifold side.
  • the ink jet head in which the supply channel is formed in the manifold is manufactured by joining the manifold to the rear surface of the head chip 1 manufactured by the method shown in FIG.
  • the wiring electrode 33 and the like may be provided on the manifold 5.
  • Example 1 A shear mode type head shown in FIGS. 1 to 5 was manufactured and evaluated by the above-described method.
  • the length L of the pressure chamber was 5.0 mm.
  • the through-hole 35 was shifted in the height direction from the pressure chamber, and the position was adjusted so that the height H4 of S3 was 50 ⁇ m, and was adhered to the rear side of the pressure chamber opposite to the nozzle plate 2.
  • the manifold 5 continued after that was provided to finish the final head.
  • the width of S3 is the same as W3.
  • a nozzle plate 2 provided with a nozzle 21 having a taper angle of 5 degrees and an outer diameter of 35 ⁇ m was bonded to a location corresponding to each pressure chamber on the front side of the pressure chamber.
  • the final head was finished in the same manner as in Example 1 except that the head was changed.
  • the final head was finished in the same manner as in Example 1 except that the head was changed.
  • the cross-sectional area S3 through which the ink in which S1 and S2 overlap is the same value as S2.
  • Example 4 The through-hole 35 was manufactured in the same manner as in Example 3 except that the height direction was shifted from the pressure chamber and the location was adjusted so that the height H4 of S3 was 100 ⁇ m.
  • Example 6 In the same manner as in Comparative Example 3, a head without a thin glass plate and an ink supply channel therefor, that is, a head in which a manifold and a pressure chamber were directly joined was prepared.
  • S2 was calculated by regarding the portion of the recess 51 as a supply flow path.
  • the cross-sectional area S3 through which the ink in which S1 and S2 overlap is passed becomes W3 (70 ⁇ m) ⁇ H4 (150 ⁇ m).
  • Example 7 The head of Example 3 was evaluated using an ink having a viscosity of 6 mPa ⁇ s.
  • AL which is 1/2 of the acoustic resonance period of the pressure chamber was measured, it was 6.3 ⁇ sec.
  • the liquid volume at 6 m / sec was 25.0 pl.
  • Example 8 The slit was produced in the same manner as in Example 3 except that the height of the slit was shifted from that of the pressure chamber and the location was adjusted so that the height H4 of S3 was 30 ⁇ m.
  • Example 9 The through-hole 35 was created in the same manner as in Example 3 except that the height direction was shifted from the pressure chamber and the location was adjusted so that the height H4 of S3 was 10 ⁇ m.
  • Comparative Example 4 As in Comparative Example 2, a blasting process was performed on a thin glass plate having a thickness of 100 ⁇ m, and a cylindrical through-hole 35 having a diameter of 40 ⁇ m was provided corresponding to each pressure chamber as a constricted portion. A head was manufactured by combining manifolds. Thereafter, evaluation was performed using an ink having a viscosity of 6 mPa ⁇ s.
  • Comparative Example 5 The head of Comparative Example 3 was evaluated using an ink having a viscosity of 6 mPa ⁇ s.
  • evaluation methods were cost, bubble discharge properties, and high-speed stability, which is the upper limit of the speed at which stable ejection is possible.
  • Judgment criteria are as follows. X is not practical. ⁇ is not practically problematic, but ⁇ is preferable. ⁇ : Increase in cost is + 10% or less of Comparative Example 3 ⁇ : Increase in cost exceeds + 10% of Comparative Example 3 and 30% or less ⁇ : Increase in cost exceeds + 30% of Comparative Example 3 Sex> An evaluation was made as to whether or not nozzle missing occurred when continuous ejection was performed at 8 kHz using an ink in which normal ink degassing conditions were deteriorated.
  • Judgment criteria are as follows. X is not practical. Even if ⁇ , there is no practical problem, but ⁇ is preferable, and ⁇ is more preferable. ⁇ : Nozzle missing within 1% ⁇ : Nozzle missing over 1% within 2% ⁇ : Nozzle missing over 2% within 5% ⁇ : Nozzle missing over 5% ⁇ High-speed stability> Evaluation was made at a driving frequency of 6, 7, 8, and 9 kHz and an injection speed of 6 to 10 m / sec.
  • Judgment criteria are as follows. X is not practical. Even if ⁇ , there is no practical problem, but ⁇ is preferable, and ⁇ is more preferable. A: Injection is possible at 10 m / sec or more in all driving frequency regions. ⁇ : Injection is possible at 8 m / s or more and less than 10 m / sec in all driving frequency regions. ⁇ : 6 m / s or more and less than 8 m / sec in all driving frequency regions.
  • X Can be injected only at less than 6 m / sec in all driving frequency ranges ⁇ Overall evaluation> In the above three evaluations, if there was at least one x, it was judged as x, ⁇ was two or more, ⁇ , ⁇ was one or less and others were ⁇ or more, ⁇ , and all were ⁇ or more.
  • the effect of the present invention can be obtained even with ⁇ , but preferably ⁇ , particularly ⁇ or more. X is not practical.
  • a head having excellent high-speed stability can be easily produced at low cost by adjusting S1, S2, and S3.

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Coating Apparatus (AREA)

Abstract

　内部に貯留されたインクに圧力を加える圧力室と、前記圧力室の前面側に配置され前記圧力室内のインクを吐出するノズルと、前記圧力室の後面側に配置され前記圧力室にインクを供給する供給流路と、を有するインクジェットヘッドであって、前記圧力室と前記供給流路の接合部における断面において、１つの前記圧力室の断面に対して、その圧力室の断面と前記供給流路の断面が重なった単一の重なり領域を有し、１つの前記圧力室の断面積をＳ１、前記供給流路の断面積をＳ２、前記重なり領域の断面積をＳ３（Ｓ３＞０）としたとき、Ｓ３＜Ｓ１、かつＳ３＜Ｓ２の関係を満たすことを特徴とするインクジェットヘッド。

Description

インクジェットヘッド
　本発明は、インクジェットヘッドに関する。
　従来、圧電基板に圧力室となるチャネルを研削して、該チャネルを区画する隔壁に電極を形成し、該電極に電圧を印加することにより該隔壁をせん断変形させてチャネル内のインクをノズルから吐出させるようにしたシェアモード型のインクジェットヘッドが知られている。
　高精細なヘッドを作るにはシェアモード型の構造が簡単にノズル密度を上げることができ優位である。一方、インクジェットプリンターでは、印刷品質に液量変動や速度変動が大きく影響することが知られている。
　最近、産業用途でもインクジェットプリンターが用いられ始め、更なる高速駆動や、更なる低粘度の液体の吐出が望まれ始めてきている。
　一方で、精密機器部品といえども更なるコストダウンが要求されている。コストダウンの技術としては、従来の技術として特許文献１には、圧力室と圧力室の入口全面に連通する共通インク室を接合したヘッドで、圧力室に設けられたノズルから射出する技術が開示されている。しかしこれでは高速化に不十分であり使用に耐えなかった。
　また、高速化、低粘度化は単純には両立できない。まず高速化であるが、単発でなら問題にはならないが、連続で射出した際には吐出した際にメニスカスが振動し復帰してくるときの圧力波の残響のためにメニスカスが暴れて安定な吐出がしにくいし、更に高速で吐出した場合には、吐出後のメニスカスが戻ろうとする復帰力によってメニスカスがノズルから溢れてしまう場合が起き、結果として液量が一定にならなかったり、溢れの為にノズルからの吐出が欠になる場合がある。
　一方、低粘度のインクを吐出する場合に注目すると、同じヘッドを更に低粘度の液体で使用したい場合がある。しかし粘度が低いために、メニスカスが溢れやすく、駆動周波数を遅くして吐出しなければ使えず、インクの粘度ごとに最適なヘッドを再設計し、または使い分ける必要が生じ、市場での利便性を損なっている。
　そこで、これらを解決するために以下の技術が開示されている。
　特許文献２には、メニスカスの溢れを抑制するために、インクに圧力を加える圧力室の供給側とノズルのある出口側に厚みのある微小流路として絞り部を設けて圧力の残響を抑えてメニスカスを制御するというような、ヘルムホルツ共鳴を用いて吐出を制御する技術が示されている。
　同様に、特許文献３にも半円の断面積である長さを持たせた絞りの微小流路で粘性抵抗を増して高速化を狙った技術が開示されている。
特開２００６－８２３９６号公報 特開平９－３２７９０９号公報 特開２００３－１９７９６号公報
　前述のように、特許文献１に開示された技術では、高速化に不十分であり使用に耐えなかった。
　また、特許文献２に開示された技術では、絞りによる粘性抵抗は断面積の２乗に反比例し長さ（厚さ）に比例するため、十分な厚みを持たなければ粘性抵抗としての効果は出ない。実際の水系のインクで効果を得ようとした場合は、直径４０μｍ以下の穴で、かつ厚みは１００μｍ以上の絞りを設ける必要がある。
　しかし実際にこのようなヘルムホルツ共鳴を用いた絞りの技術では、小さい直径で流束を絞るために大きな液滴量を吐出するのが難しく実用に耐えなかった。
　また、このように、流束を絞ってしまうので液量が少なくってしまう問題があった。そのため不足の液量を補うために、Ｌ長を長くするか、圧力室の容積をふやして液量を増やしてやることが必要であった。そのためにそれらのヘッドでは、結果として共鳴する波長が長くなってしまい、駆動周波数が下がり高速化は困難で市場において実用に耐えなかった。
　また当然ながら、とても小さい微小形状の部品を加工して絞りの部分を設けるために多大な製造コストがかかってやはり使える技術ではなかった。
　つまり、これらの従来技術では、絞りを圧力室とインク供給の部位に設けて残響の減衰自体を絞りで行った場合はコストも上がるし、吐出するための共鳴周波数も遅くせざるを得ず、そのためメニスカス溢れを制御はできるが高速化との両立はできないことが判明した。
　また、特許文献３に開示された技術でも、やはり液量が制限されて所望の大液滴量にはできなかったし、積層して製造する工程が多く非常に高価なヘッドとなってしまい、市場での実用に耐えなかった。
　本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、射出時のメニスカスの押し出しを抑えて、高速駆動での連続射出、および粘度の低い液体を安定に吐出させて印刷品質の向上を図るとともに、製造時のコストが安価なインクジェットヘッドを提供することを目的とする。
　本発明の目的は、以下のような構成により達成される。
１．
　内部に貯留されたインクに圧力を加える圧力室と、
　前記圧力室の前面側に配置され前記圧力室内のインクを吐出するノズルと、
　前記圧力室の後面側に配置され前記圧力室にインクを供給する供給流路と、
　を有するインクジェットヘッドであって、
　前記圧力室と前記供給流路の接合部における断面において、１つの前記圧力室の断面に対して、その圧力室の断面と前記供給流路の断面が重なった単一の重なり領域を有し、１つの前記圧力室の断面積をＳ１、前記供給流路の断面積をＳ２、前記重なり領域の断面積をＳ３（Ｓ３＞０）としたとき、Ｓ３＜Ｓ１、かつＳ３＜Ｓ２の関係を満たすことを特徴とするインクジェットヘッド。
２．
　前記圧力室を複数有し、隣接して配置された前記圧力室を隔てる隔壁が、印加電圧に応動して変形動作するアクチュエータで構成されたシェアモード型のインクジェットヘッドであることを特徴とする１記載のインクジェットヘッド。
３．
　前記圧力室を複数有し、それぞれの圧力室に対応して配置される前記供給流路が前記接合部において連結していることを特徴とする１または２記載のインクジェットヘッド。
４．
　前記接合部は、エネルギー損失を伴う段差部を少なくとも２つ有することを特徴とする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．
　前記重なり領域の一辺の長さが１０μｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする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。
　本発明によれば、射出時のメニスカスの押し出しを抑えて、高速駆動での連続射出、および粘度の低い液体を安定に吐出させて印刷品質の向上を図るとともに、製造時のコストが安価なインクジェットヘッドを提供することができる。
本発明のインクジェットヘッドの一例を示す分解斜視図 図１のインクジェットヘッドの側断面図 はヘッドチップの製造方法を説明する図 はヘッドチップの製造方法を説明する図 はヘッドチップの製造方法を説明する図 はヘッドチップの製造方法を説明する図 は接続電極の形成方法を説明する図 は接続電極の形成方法を説明する図 図１のヘッドチップと流路基板の接合部を流路基板側から見た断面図 本発明のインクジェットヘッドの他の例を示す側断面図 本発明のインクジェットヘッドの他の例を示す側断面図 図７のヘッドチップとマニホールドの接合部をマニホールド側から見た断面図 従来のインクジェットヘッドの一例を示す側断面図 図９のヘッドチップと流路基板の接合部を流路基板側から見た断面図 従来のインクジェットヘッドの他の例を示す側断面図 図１１のヘッドチップと流路基板の接合部を流路基板側から見た断面図
　以下に本発明に関する実施の形態の例を示すが、本発明の態様はこれらに限定されるものではない。
　本発明は、安価で製造でき、かつ低粘度の液体の吐出にも耐えうり、かつ高速化が向上できるヘッドを鋭意検討した。
　その結果、次のような技術で解決できることが判明した。
　まず、公知の技術を鋭意検討した結果、普通は理論的に吐出の際に流速は圧力室や供給流路の壁との摩擦、いわゆる粘性抵抗による損失で減速される。
　この粘性抵抗は前述のように面積の２乗に反比例し、その長さと粘度が増加するほど損失が大きく減衰しやすくなる。
　これを用いたのが、前述の公知のごとき、絞りによって抵抗を増やして減衰するためには、面積を小さくし、かつ絞り部の穴の長さも増やして、絞りの部分の壁との粘性抵抗を増やしてメニスカスの押し出しや、圧力波の残響を減らす技術である。
　しかしこの単純な絞りの公知技術では結局、高速化ができなくなってしまうという本末転倒のことになってしまい実用に耐えない。
　そこで、本発明では、粘性抵抗による残響の減衰を中心とするのでは無く、なるべく流束は絞らずに十分な液量を確保しつつ、しかし一方で流体の運動エネルギーを制御することで余分な吐出の際の速度の低減、制御を行ってメニスカスの押し出しも抑制できないか検討した。
　その結果、内部に貯留されたインクに圧力を加える圧力室と、前記圧力室の前面側に配置され前記圧力室内のインクを吐出するノズルと、前記圧力室の後面側に配置され前記圧力室にインクを供給する供給流路と、を有するインクジェットヘッドであって、前記圧力室と前記供給流路の接合部における断面において、１つの前記圧力室の断面に対して、その圧力室の断面と前記供給流路の断面が重なった単一の重なり領域を有し、１つの前記圧力室の断面積をＳ１、前記供給流路の断面積をＳ２、前記重なり領域の断面積をＳ３（Ｓ３＞０）としたとき、Ｓ３＜Ｓ１、かつＳ３＜Ｓ２の関係を満たすような条件では液量を低減させず、一方でメニスカスの押し出しを制御する、つまり液量と高速化の両立ができることが判明した。
　メカニズムとしては一方向への流れが存在しやすいような圧力室と供給流路で構成されるヘッドでは、厚みを持たない段差、隙間を設けることで、その部位において、壁に衝突することと、かつ流れの方向を変化させることで運動エネルギーの損失を生じさせて、結果としてメニスカスを押し出すような方向の運動エネルギーや流れを低減することができることが判ったのである。
　しかもこの損失させる部位、構造は簡易に作成することができコストが安いという利点も兼ね備えているのである。
　このように、本発明では、従来の一般的な絞りとは異なり液滴量を少なくさせないので、簡単に本発明のエネルギー損失部位を設けることで、液滴量を減らさず、かつ共鳴周期を遅くする必要もなく、そして今までのメニスカスの押し出しを抑制、制御することで、低粘度の液体の吐出にも耐えうり、かつ高速化が向上できることが判明した。
　また、更に従来の厚みを持った絞りでは、小さな絞りを設けた場合に、インクの中に紛れ込んだ気泡が抜けにくく吐出欠が生じやすく問題になる。それに対し本発明の技術では撹拌のような現象が起こるためか驚くべきことにインク中にまぎれこんだ気泡の排出性、いわゆる気泡排出性に優れ、吐出で欠が生じにくいという効果が得られることが判明した。
　以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
　図１は本発明のインクジェットヘッドの一例を示す分解斜視面、図２はヘッドのチャネル（以下、圧力室とも言う）を含む側断面図であり、図中、１はヘッドチップ（圧力室形成部材）、２はヘッドチップ１の前面に接合されたノズルプレート、３はヘッドチップ１の後面に接合された流路基板（供給流路形成部材）、４は流路基板３に接合されるＦＰＣ、５は流路基板３の後面に接合されたマニホールドである。
　なお、本明細書においては、ヘッドチップ１からインクが吐出される側の面を「前面」といい、その反対側の面を「後面」という。また、ヘッドチップにおいて並設されるチャネルを挟んで図示上下に位置する外側面をそれぞれ「上面」及び「下面」という。
　ヘッドチップ１は、２枚の基板１１、１２との間に、アクチュエータの一例である圧電素子からなる隔壁１３とチャネル１４とが交互に並設されたシェアモード型のヘッドである。
　本発明のインクジェットヘッドは、図１に示すような圧力室を複数有し、隣接して配置された圧力室を隔てる隔壁が、印加電圧に応動して変形動作するアクチュエータで構成されたシェアモード型のヘッドであることが好ましい。本発明をシェアモード型のヘッドに適用することで、前述のエネルギー損失の効果が発現しやすく、元々高速化がしにくいヘッドでの大きな高速化と低粘度化の効果が見込める。
　チャネル１４の形状は、両側壁が基板１１、１２に対してほぼ垂直方向に立ち上がっており、そして互いに平行である。図２に示すように、ヘッドチップ１の前面及び後面にそれぞれ各チャネル１４の出口と入口とが配設されると共に、各チャネル１４は、入口から出口に亘る長さ方向で大きさと形状がほぼ変わらないストレートタイプである。このようにチャネル１４がストレートタイプであるヘッドに本発明を適用することで、更に安価でかつ吐出の方向と、インクの供給の方向が同じであり、このエネルギー損失の効果が発現しやすく、高速化とコスト低減ができ好ましい。
　このようなヘッドチップ１を製造するには、まず、１枚の基板１２上に、２枚の圧電素子基板１３ａ、１３ｂをそれぞれ接着剤を用いて接合する（図３Ａ）。特に限定されないが接着剤としてはエポキシ系接着剤などを用いることができる。各圧電素子基板１３ａ、１３ｂに用いられる圧電素子材料としては、電圧を加えることにより変形を生じる公知の圧電素子材料を用いることができるが、特にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が好ましい。２枚の圧電素子基板１３ａ、１３ｂは互いに分極方向（矢印で示す）を反対方向に向けて積層し、基板１２に接着剤を用いて接着する。
　次いで、その２枚の圧電素子基板１３ａ、１３ｂに亘って、ダイシングブレード等を用いて複数の平行な溝を研削する。これにより、基板１２上に高さ方向で分極方向が反対となる圧電素子からなる隔壁１３を並設する。各溝は圧電素子基板１３ａ、１３ｂの一方の端から他方の端に亘ってほぼ同じ一定の深さで研削することで、長さ方向で大きさと形状がほぼ変わらないストレート状のチャネル１４となる（図３Ｂ）。２枚の圧電素子基板１３ａ、１３ｂは分極方向が反対に向いているので、この圧電素子基板１３ａ、１３ｂによって形成される隔壁１３全体が効率良く、大きな変形量でせん断変形するため、チャネル１４内のインクに高い圧力を付与することができ、低電圧で駆動でき、また、インクの着弾ずれを抑えて画質の向上を図ることができる。
　また、図示しないが、基板１２を用いる代わりに圧電素子基板１３ｂを厚手のものとし、薄手の圧電素子基板１３ａ側から厚手の圧電素子基板１３ｂの中途部にまで至る複数の平行な溝を研削することにより、高さ方向で分極方向が反対となる隔壁１３の形成と同時に基板１２の部分が圧電素子基板１３ｂによって一体に形成されるようにしてもよい。
　次いで、このようにして形成した各チャネル１４の内面に駆動電極１５を形成する。駆動電極１５を形成する金属は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｌ等があり、電気抵抗の面からはＡｌやＣｕを用いることが好ましいが、腐食や強度、コストの面からＮｉが好ましく用いられる。また、Ａｌの上に更にＡｕを積層した積層構造としてもよい。
　駆動電極１５の形成は、蒸着法、スパッタリング法、めっき法、ＣＶＤ（化学気相反応法）等の真空装置を用いた方法等によって金属被膜を形成する方法が挙げられるが、めっき法によるものが好ましく、特に無電解めっきにより形成することが好ましい。無電解めっきによれば、均一且つピンホールフリーの金属被膜を形成することができる。めっき膜の厚みは０．５～５μｍの範囲が好ましい。
　駆動電極１５はチャネル１４毎に独立させる必要があるため、隔壁１３の上面には金属被膜が形成されないようにすることが好ましい。このため、例えば各隔壁１３の上面に予めドライフィルムを貼着したり、レジストを形成しておき、金属被膜を形成した後に除去することで、各隔壁１３の側面及び各チャネル１４の底面に選択的に駆動電極１５を形成するとよい（図３Ｃ）。
　このようにして駆動電極１５を形成した後、隔壁１３の上面に基板１１を接着剤を用いて接合する。特に限定されないが接着剤としてはエポキシ系接着剤などを用いることができる。基板１１及び１２には、隔壁１３を構成する圧電材料と同一の基板材料を脱分極して用いると、駆動時の熱の影響による熱膨張係数の差に起因する反りや変形を少なくすることができる。
　次に、これら基板１１、圧電素子基板１３ａ、１３ｂ及び基板１２を接合してなるヘッド基板を、チャネル１４の長さ方向と直交する方向に沿う複数のカットラインＣ１、Ｃ２・・・に沿って切断することにより、ハーモニカタイプの複数のヘッドチップ１、１・・・を一度に製造する（図３Ｄ）。カットラインＣ１、Ｃ２・・・は、それによって作製されるヘッドチップ１、１・・・のチャネル１４の駆動長さ（Ｌ長）を決定するものであり、この駆動長に応じて適宜決定される。
　後述する位置決め用の溝１７を形成する場合は、切り込み深さを適宜制御し、各カットラインＣ１、Ｃ２・・・の間をザグリ加工することにより、同一工程で形成することができる。
　このようにして作成されたヘッドチップ１の後面には、駆動電極１５のうちのチャネル１４の底面に形成された部分（チャネル１４内に臨む基板１２の表面）から基板１２の後端面にかけて引き出された接続電極１６が形成されている。
　この接続電極１６は、図４Ａに示すように、ヘッドチップ１の切断面の一面（後面）に、駆動電極１５のうちのチャネル１４の底面に形成された部分を少なくとも含み、基板１２の端面にかけて開設された開口部２０１を有する感光性ドライフィルム２００を貼着し、Ａｌ等の電極形成用の金属を蒸着して、開口部２０１内に金属被膜を生成することによって形成することができる。また、Ａｌの金属被膜の上に更にＡｕを蒸着する等の方法によって積層構造としてもよい。更に、接続電極１６の形成は、蒸着に代えてスパッタリングによって行うようにしてもよい。開口部２０１は、感光性ドライフィルム２００の現像工程・水洗工程での作業性を考え、チャネル１４の全面において開口していることが望ましい。全面において開口していることにより、チャネル１４内の現像液、洗浄水の除去が容易となる。
　この後、感光性ドライフィルム２００を除去すると、図４Ｂに示すように、ヘッドチップ１の一面（後面）に、各チャネル１４から駆動電極１５と電気的に接続する接続電極１６がチャネル１４毎に独立して引き出される。この接続電極１６はヘッドチップ１の後面部分のみを使用すればよいため、複数回の角部を経由する場合に比べて断線による危険性は少なくて済む。
　なお、接続電極１６は、ヘッドチップ１の後面における基板１１又は基板１２のうちのいずれか一方側に引き出すようにすればよい。ここでは接続電極１６を基板１２側に引き出し形成している。これは、駆動電極１５のうちのチャネル１４の底面に形成された部分を利用して接続電極１６を引き出すことができるからである。このようにすると、接続電極１６の幅をチャネル１４の幅以下に形成することができ、隣接する接続電極１６間の電気的短絡の危険を回避することができるために好ましい態様であるが、基板１１側に引き出すことも可能である。この場合は、駆動電極１５のうちのチャネル１４の側面、好ましくは両側面に形成された部分を利用して引き出せばよい。
　ノズルプレート２はヘッドチップ１の前面に接合される。ノズルプレート２には、各チャネル１４に対応する位置にノズル２１が開設されている。
　ヘッドチップ１の後面に接合される流路基板３は、ガラスやセラミックあるいはシリコン（Ｓｉ）からなる１枚の板状の基板によって形成されている。これらの基板は、ヘッドチップ１に通常用いられる、圧電材料であるＰＺＴと熱膨張係数が近いため、ヘッドチップ１に対して正確に接合でき、また、熱膨張率の差に起因するヘッドチップ１の歪み等の発生を抑えることができる。シリコン基板としては、シリコン単結晶基板が好ましい。
　また、流路基板３は、直接インクに接触するが、これらの基板は、耐インク性に優れるため、インクの組成によらす、インクとの反応による腐食等は発生しにくい。また、耐インク性をより向上させるために、基板表面に酸化珪素膜や窒化珪素膜を形成させても良い。
　流路基板３を構成する材料はこれらの基板の１枚板に限らず、薄板状のこれらの基板材料を複数枚積層して所望の厚みとなるように形成してもよい。
　流路基板３は、ヘッドチップ１の幅方向と同一の幅を有すると共に、ヘッドチップ１のチャネル１４の並び方向（チャネル列方向）と直交する方向（図１、図２における上下方向）に延び、ヘッドチップ１の上面及び下面からそれぞれ大きく張り出した張り出し部３１ａ、３１ｂを有している。
　また、ヘッドチップ１の後面と接合される流路基板３には、チャネルの並び方向に沿って延び、ヘッドチップ１との接合面からヘッドチップ１との接合面と反対面に貫通する貫通口３５が形成されている。この貫通口３５は、圧力室にインクを供給する供給流路の一例であり、ヘッドチップ１のチャネル列方向に沿って全てのチャネル１４の入口側を覆うことができる幅Ｗ２で加工されている。
　貫通口３５によって形成される供給流路は比較的狭小であることから、貫通口３５内に貯留可能なインク量は少ないため、貫通口３５にインク供給するための共通インク室であって、貫通口３５よりも大容量のインクを貯留可能な共通インク室が凹部５１として形成されている箱形状のインクマニホールド５を、貫通口３５を覆うようにして更に接合することもできる。インクマニホールド５を接続することにより、共通インク室を介したクロストークを低減できるため、本発明において好ましい態様である。
　この共通インク室となる凹部５１へのインクの供給は、インクマニホールド５に形成され凹部５１に連通する図示しないインク供給口に、図示しないインク供給用管等を接続することによって行うことができる。
　本発明のインクジェットヘッドは、内部に貯留されたインクに圧力を加える圧力室と、圧力室の前面側に配置され圧力室内のインクを吐出するノズルと、圧力室の後面側に配置され圧力室にインクを供給する供給流路と、を有するインクジェットヘッドであって、圧力室と供給流路の接合部における断面において、１つの圧力室の断面に対して、その圧力室の断面と供給流路の断面が重なった単一の重なり領域を有し、１つの圧力室の断面積をＳ１、供給流路の断面積をＳ２、重なり領域の断面積をＳ３（Ｓ３＞０）としたとき、Ｓ３＜Ｓ１、かつＳ３＜Ｓ２の関係を満たすことを特徴としている。
　図５はヘッドチップ１と流路基板３の接合部を流路基板側から見た断面図であり、点線は、ヘッドチップ１に流路基板３を接合した際に流路基板３の貫通口３５が配置される位置を示している。
　本実施形態における圧力室と供給流路の接合部における圧力室の断面積Ｓ１とは、図４Ｂ、図５に示すヘッドチップ１の後面の１つのチャネル１４の面積であり、長方形または正方形形状のチャネル１４の高さをＨ３、チャネル１４の幅をＷ３としてＨ３×Ｗ３で表される面積を言う。本実施形態においては、５つのチャネル１４のＨ３，Ｗ３、Ｓ１はそれぞれ実質的に等しくなるように形成されている。図４Ｂでは、中央のチャネル１４のＳ１を斜線で示している。
　また、本実施形態における圧力室と供給流路の接合部における供給流路の断面積Ｓ２とは、図５の点線で示す貫通口３５の面積であり、図１に示すように長方形または正方形形状の貫通口３５の高さをＨ２、貫通口３５の幅をＷ２としてＨ２×Ｗ２で表される面積を言う。
　そして、本実施形態におけるＳ３は上記Ｓ１と上記Ｓ２の重なる部分の面積であり、図５の斜線で示す部分の面積である。図５に示すように重なる部分は長方形または正方形形状であり、高さをＨ４、幅をＷ３（チャネル１４の幅と同じ）としてＨ４×Ｗ３で表される面積を言う。
　以上のことから、本実施形態ではＨ４×Ｗ３＜Ｈ３×Ｗ３、かつＨ４×Ｗ３＜Ｈ２×Ｗ２の関係を満たすことを特徴としている。
　具体的にこの様な関係を満たすヘッドの構成としては、図１～図５に１例を示す様に、供給流路となる貫通口３５の位置が、圧力室となるチャネル１４の後面側の開口の位置に対して、チャネルの高さ方向にずれるようにして、貫通口３５の一部をヘッドチップ１の後面で遮蔽し、かつ、チャネル１４の後面側の開口の一部を流路基板３の前面で遮蔽することが挙げられる。
　また、このような形態では、上記遮蔽により、図２に示すように、接合部において、エネルギー損失を伴う不連続の段差部が少なくとも２つ形成されるので好ましい。一つの領域に、エネルギー損失を２箇所起こさせることで更なる相乗効果で運動エネルギーによる損失が大きくできメニスカスが制御しやすく、かつ気泡排出性が向上し好ましい。
　尚、断面積Ｓ３における高さＨ４としては、実用上の観点から１０μｍ以上が好ましく、１０μｍ以上２００μｍ以下であることがより好ましい。２００μｍ以下であれば十分な実用領域の粘度でも、メニスカスの安定性、液滴量を両立できる。更に好ましくは１００μｍ以下で水系の今まで溢れやすく使えなかったインクで簡易に高速化ができる。特に好ましくは１０ｍ以上５０μｍ以下で、この範囲にすることで更なる低粘度の３ｍＰａ・ｓ程度でも安定かつ高速な吐出が可能となり差別化が容易となる。
　また、本実施形態では、図５に示すように、流路基板３によって形成された貫通口３５は、複数のチャネル１４に亘って面積Ｓ２を有している。即ち、それぞれのチャネルに対応して配置される供給流路が接合部において連結している構成であり、このようにＳ２を連結したような形状にすることで、液量も十分確保することができるし、同様の効果を低コストで得ることができ好ましい。
　なお、この場合、チャネルの数をＮ（Ｎは２以上の整数）としたとき、以下の関係をみたすようにすればいい。即ち、それぞれのチャネルの断面積をＳ１（ｉ）、Ｓ２と重なる部分の断面積をＳ３（ｉ）としたとき、
　Ｓ３（ｉ）＜Ｓ１（ｉ）、Ｓ３（ｉ）＜Ｓ２
　ここでｉ＝１～Ｎである。
　貫通口３５の形成方法としては、ダイシングブレードで加工する方法、超音波加工機で研削加工する方法、ブラスト加工、エッチングで加工する方法等が採用できるが、エッチングで加工する方法が好ましい。ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓの略）技術を適用して、以下の方法により加工できる。
　例えば、流路基板としてシリコン単結晶基板を用い、所定の厚さのシリコン単結晶基板に対して、例えばフォトレジスト等の所定のマスクを用いて、異方性エッチングすることにより、貫通口３５を形成することができる。この異方性エッチングは、ウェットエッチング又はドライエッチングの何れの方法を用いてもよい。
　流路基板３の一方の張り出し部３１ａは、ＦＰＣ４の接合部位として機能しており、ヘッドチップ１との接合面側となる表面に、ヘッドチップ１の後面に形成された各接続電極１６と同数及び同ピッチで、配線電極３３が形成されている。
　また、流路基板３上に、圧電素子からなる隔壁を駆動するための駆動ＩＣ１００が実装されており、駆動ＩＣ１００と配線電極３３はフリップチップ実装によって電気的に接続されている。このように駆動ＩＣを実装することにより、外部への電極引き出しを容易にすることができ、本発明において好ましい態様である。
　また、流路基板３内に、前記圧電素子からなる隔壁を駆動させる駆動ＩＣを一体的に形成するようにすることも好ましい。この構成により、駆動ＩＣの実装が不要となる。例えば、流路基板３としてシリコン単結晶基板を用いて、駆動ＩＣの構成要素である多くのトランジスタ等を半導体プロセスにより、このシリコン単結晶基板上に作り込むことにより一体的に形成させればよい。
　この配線電極３３は、ＦＰＣ４が接合される際、図示しない外部回路と電気的に接続されるＦＰＣ４の配線４１と電気的に接続される。図示しない外部回路からの駆動電圧は、配線４１と配線電極３３を介して駆動ＩＣ１００に入力され、駆動ＩＣ１００から配線電極３３、接続電極１６を介してヘッドチップ１の各チャネル１４内の駆動電極１５に印加される。このように配線電極３３は、ヘッドチップ１から大きく張り出す張り出し部３１ａに引き出されているため、ＦＰＣ４との接合は容易である。
　配線電極３３の形成は、流路基板３の表面にスピンコート法によりポジレジストをコーティングし、その後、このポジレジストをストライプ状のマスクを用いて露光し、現像することにより、ストライプ状のポジレジストの間に接続電極１６と同数及び同ピッチで流路基板３の表面を露出させ、その表面に、蒸着法やスパッタリング法等によって電極形成用の金属によって金属被膜を形成することにより行うことができる。電極形成用の金属としては、接続電極１６と同一のものを使用することができる。
　なお、図１、図２に示すようにチャネル列が１列のみからなるヘッドチップ１の場合、流路基板３の張り出し部は必ずしもヘッドチップ１の上面及び下面の両面から張り出すようにする必要はなく、ＦＰＣ４との接合を行う一方のみにあればよい。
　駆動ＩＣ１００が実装された流路基板３は、各配線電極３３がヘッドチップ１の各接続電極１６と電気的に接続すると共に、貫通口３５がヘッドチップ１のチャネル入口側を本発明の関係式を満たすように位置合わせされ、異方導電性フィルム等によってヘッドチップ１の後面に接合される。電気的接続方法としては、この他に、非導電性接着剤で接着する圧接接合、配線電極３３と接続電極１６の少なくとも一方に半田を使用し、加熱溶融させて接続する方法等、通常の実装技術で使用されている方法を用いることもできる。
　なお、駆動ＩＣ１００は、流路基板３ではなく、ＦＰＣ４に実装するようにしても良い。また、流路基板３に、ヘッドチップ１の温度検出手段または前記温度を制御する温度制御回路としてのＩＣを実装することも好ましい。駆動ＩＣ１００と同様にシリコン基板からなる流路基板３に容易に実装できる。
　このようにして駆動ＩＣ１００を実装した流路基板３をヘッドチップ１の後面へ接合することにより、各チャネル１４の入口にインクを供給するための供給流路が、各チャネル１４に共通の１つの貫通口３５によって形成されるとともに、ヘッドチップ１の各チャネル１４内の駆動電極１５への駆動ＩＣ１００を介しての外部回路からの駆動電圧の印加を行うための電極（接続電極１６及び配線電極３３）の取り出しを行うことが出来る。
　供給流路である貫通口３５が形成された流路基板３に配線電極３３を形成することにより、供給流路の形成と、チャネル内に設けた駆動電極と外部配線との接続とが簡単にでき、コンパクトで低コスト化を図ることができ好ましい。
　この貫通口３５は１つに限らず、貫通口３５を各チャネル１４毎にチャネル列方向に亘って複数（本実施形態ではチャネル数が５なので、チャネル数と同数の５個）形成するようにしてもよい。
　なお、この場合、チャネルの数をＮ（Ｎは２以上の整数）としたとき、以下の関係をみたすようにすればいい。即ち、それぞれのチャネルの断面積をＳ１（ｉ）、対応する供給流路の断面積をＳ２（ｉ）、Ｓ１（ｉ）とＳ２（ｉ）と重なる部分の断面積をＳ３（ｉ）としたとき、
　Ｓ３（ｉ）＜Ｓ１（ｉ）、Ｓ３（ｉ）＜Ｓ２（ｉ）
　ここでｉ＝１～Ｎである。
　以上のように、流路基板３に形成された供給流路は、インクをチャネル１４内に供給（導入）するものであるから、供給流路の形状や大きさ等はインク供給に適したもので有れば種々の形状を用いることが可能であり、本発明の関係式を満たせば、特に制限しない。
　例えば、図６に示すように、供給流路となる貫通口３５の高さＨ２が、流路基板３のヘッドチップ１との接合面から離れるに従って徐々に減少するような形状にすることも好ましい。同様に供給流路となる貫通口３５の高さＨ２が、流路基板３のマニホールド５との接合面から離れるに従って徐々に減少するような形状にすることも好ましい。
　本実施形態では、図６に示すように、貫通口３５の幅方向全域に亘って、フィレットＲを設けている。この場合のＳ２はＲを考慮し、Ｓ２＝Ｗ２×Ｈ５となる。フィレットのＲを１００μｍ以内にすることで、流体の運動ベクトルの方向が曲げやすいためにエネルギー損失を大きくでき本発明の効果が得られやすい。逆に、Ｒが１００μｍを超えると、十分なエネルギー損失が小さくなってしまい本発明の低減の効果を得るのが難しいし製造時のコストが増大し好ましくない場合がある。
　図１～図６に示す符号１７は、ヘッドチップ１の上面及び下面にそれぞれ形成された位置決め用溝であり、ヘッドチップ１の上面及び下面となる各基板１１及び１２に、ヘッドチップ１の幅に亘って溝加工することによって形成されている。この溝加工は、図３Ｄのようにヘッドチップ１を切断した後に行ってもよいし、切断前に予め行うようにしてもよい。前述したように、ヘッドチップ１を切断する際に同一工程で行うことが、精度を出すためには好ましい。
　この位置決め用溝１７は、ヘッドチップ１に対して流路基板３を接合する際に、ヘッドチップ１を保持用治具の凸部と係合させ、ヘッドチップ１を保持用治具によって保持することができるようにしている。従って、ヘッドチップ１に対するノズルプレート２や流路基板３の接合は、このようにして保持用治具によって保持されたヘッドチップ１に対して行うことができるので、接合時のヘッドチップ１の歪み等の発生のおそれがなく、接合時に所定の押圧力を付与することができる。ヘッドチップ１に対しては、ノズルプレート２、流路基板３のいずれを先に接合してもよい。更に、インクマニホールド５を接合する場合も、ヘッドチップ１を保持用治具で保持した状態で、流路基板３をヘッドチップ１に接合した後に行えばよい。
　なお、この位置決め用溝１７は、インクジェットヘッドを外装に取り付ける場合、外装に対する位置決め溝として用いることができる。これにより極めて精度良くインクジェットヘッドを外装に取り付けることができ、結果として、外装に対するノズルの位置を精度良く決めることができる。
　また、位置決め用溝１７は、図示するように、必ずしもヘッドチップ１の上面及び下面の両面に形成されている必要はなく、いずれか一方のみであってもよい。
　以上の説明では、圧力室であるチャネルにインクを供給する供給流路を流路基板に形成したものを例示したが、供給流路をマニホールドに形成してもよい。
　ここでは、図１～６に示したインクジェットヘッドを例に挙げて、供給流路をマニホールドに形成したインクジェットヘッドについて説明する。図７は、供給流路となる凹部５１をマニホールド５に形成したインクジェットヘッドの一例を示す側断面図である。図８は、図７のヘッドチップとマニホールドの接合部をマニホールド側から見た断面図である。
　供給流路をマニホールドに形成したインクジェットヘッドは、図３で示した方法によって作成されたヘッドチップ１の後面にマニホールドをその凹部を対向させた状態で接合することで作製されている。
　このとき、図８に示すように、点線で示す凹部５１の接合部の断面積をＳ２とし、このＳ２と１つのチャネルの断面積Ｓ１との重なる部分（斜線で示す）をＳ３としたとき、以下の関係を満たすようにすればよい。
　Ｓ３＜Ｓ１、かつＳ３＜Ｓ２
　尚、配線電極３３等はマニホールド５に設ければよい。
　（実施例１）
　図１～５に示すシェアモード型のヘッドを前述の方法により作製して評価した。
　圧力室となるチャネル１４は、Ｗ３＝７０μｍ、Ｈ３＝３５０μｍの大きさになるように溝を作成し、カバー部材となる基板１１を接着した。圧力室の長さＬは５．０ｍｍにした。一方、流路基板３として薄板ガラス（幅Ｗ１＝８０ｍｍ、高さＨ１＝４ｍｍ、厚さＴ＝５００μｍ）に、ブラスト加工で貫通口３５（幅Ｗ２＝６０ｍｍ、高さＨ２＝１００μｍ）を設けた。
　このとき、貫通口の高さＨ２＝１００μｍと微細なために精度良く仕上げるためにブラスト加工の際に、切削速度を１／２にして行った。そのため後述するコストは△の評価になった。
　貫通口３５は圧力室と高さ方向をずらして、Ｓ３の高さＨ４としては５０μｍになるように場所を調整して、ノズルプレート２と反対側の圧力室の後側に接着した。その後ろに続けたマニホールド５を設けてヘッドの最終物を仕上げた。前述のようにＳ３の幅はＷ３と同じである。
　その次に、圧力室の前側に各圧力室に応じた場所に、テーパー角５度、外側の直径を３５μｍのノズル２１を設けたノズルプレート２を接着した。
　その後、粘度１０ｍＰａ・ｓのインクを用いて吐出の評価をした。圧力室の音響的共振周期の１／２であるＡＬを測定したところ、７．３μｓｅｃであった。６ｍ／ｓｅｃでの液量は２６．９ｐｌであった。
　（実施例２）
　流路基板３として薄板ガラス（幅Ｗ１＝８０ｍｍ、高さＨ１＝４ｍｍ、厚さＴ＝５００μｍ）に、ブラスト加工で貫通口３５（幅Ｗ２＝６０ｍｍ、高さＨ２＝２００μｍ）と高さＨ２を変えて設けた以外は実施例１と同様にヘッドの最終物を仕上げた。
　その後、粘度１０ｍＰａ・ｓのインクを用いて吐出の評価をした。圧力室の音響的共振周期の１／２であるＡＬを測定したところ、７．１μｓｅｃであった。６ｍ／ｓｅｃでの液量は２６．７ｐｌであった。
　（実施例３）
　流路基板３として薄板ガラス（幅Ｗ１＝８０ｍｍ、高さＨ１＝４ｍｍ、厚さＴ＝５００μｍ）に、ブラスト加工で貫通口３５（幅Ｗ２＝６０ｍｍ、高さＨ２＝４００μｍ）と高さＨ２を変えて設けた以外は実施例１と同様にヘッドの最終物を仕上げた。
　その後、粘度１０ｍＰａ・ｓのインクを用いて吐出の評価をした。圧力室の音響的共振周期の１／２であるＡＬを測定したところ、７．０μｓｅｃであった。６ｍ／ｓｅｃでの液量は２６．５ｐｌであった。
　（比較例１）
　ブラスト加工で貫通口３５（幅Ｗ２＝６０ｍｍ、高さＨ２＝４００μｍ）を設けた。その後、図９，図１０に示すように貫通口３５をずらすことなく、Ｓ１をＳ２が含む形で接合した。それ以外は実施例１と同様にして作製した。
　つまりこの場合は、Ｓ１とＳ２が重なったインクが通過する断面積Ｓ３は、Ｓ１と同一の値になる（Ｓ３＝Ｓ１＝Ｗ３×Ｈ３＝７０μｍ×３５０μｍ）。
　その後、粘度１０ｍＰａ・ｓのインクを用いて吐出の評価をした。
　圧力室の音響的共振周期の１／２であるＡＬを測定したところ、６．０μｓｅｃであった。６ｍ／ｓｅｃでの液量は２５ｐｌであった。
　（比較例２）
　図１１，図１２に示すようにブラスト加工で厚み１００μｍの薄板ガラスに直径５０μｍの円筒状の貫通口３５を各圧力室に対応するように設け、それ以外は同様に圧力室に接合、そしてマニホールド５を設けてヘッドを作製した。
　つまりこの場合は、Ｓ１とＳ２が重なったインクが通過する断面積Ｓ３は、Ｓ２と同一の値になる。
　その後、粘度１０ｍＰａ・ｓのインクを用いて吐出の評価をした。
　圧力室の音響的共振周期の１／２であるＡＬを測定したところ、９．５μｓｅｃであった。６ｍ／ｓｅｃでの液量は１８．９ｐｌであった。ヘルムホルツ共鳴の為にＡＬが長くなっているのに、液量は大きく不足して不十分な性能であった。また高速で射出評価の場合、そもそも８、９ｋＨｚで評価することもできなかった。
　（比較例３）
　図９、図１０に示す比較例１のヘッドにおいて、薄板ガラスとそれによるインクの供給流路をなしで、つまり共通インク室となるマニホールド５の凹部５１と圧力室が直接接合されたヘッドを作成した。（特開２００６－８２３９６号公報）
　このときの供給流路のＳ２は、共通インク室となるマニホールド５の凹部５１の部分を供給流路とみなして計算した。凹部５１の幅＝８０ｍｍ、高さ＝４ｍｍであり、Ｓ２＝８０ｍｍ×４ｍｍとなる。
　また、Ｓ１とＳ２が重なったインクが通過する断面積Ｓ３は、Ｓ１と同一の値になる（Ｓ３＝Ｓ１＝Ｗ３×Ｈ３＝７０μｍ×３５０μｍ）。
　その後、粘度１０ｍＰａ・ｓのインクを用いて吐出の評価をした。
　圧力室の音響的共振周期の１／２であるＡＬを測定したところ、６．５μｓｅｃであった。ほとんど比較例１と大きな差はなかった。６ｍ／ｓｅｃでの液量は２５ｐｌであった。
　（実施例４）
　貫通口３５は圧力室と高さ方向をずらして、Ｓ３の高さＨ４としては１００μｍになるように場所を調整した以外は、実施例３と同様に作製した。
　その後、粘度１０ｍＰａ・ｓのインクを用いて吐出の評価をした。
　圧力室の音響的共振周期の１／２であるＡＬを測定したところ、６．８μｓｅｃであった。ほとんど比較例１と大きな差はなかった。６ｍ／ｓｅｃでの液量は２６．０ｐｌであった。
　（実施例５）
　ブラスト加工で貫通口３５を幅Ｗ２＝６０ｍｍ、高さＨ２＝４００μｍを設けた際に、図６に示すように、貫通口３５の角を面取りしてフィレットとしてＲ＝５０μｍに仕上げた。図６のＨ５（接合部における貫通口３５の高さ）＝Ｈ２＋Ｒ＋Ｒ＝４００＋５０＋５０＝５００μｍとなる。
　それ以外は、実施例３（高さＨ２＝４００μｍ）と同様に貫通口３５は圧力室と高さ方向をずらして、Ｓ３の高さＨ４としては１００μｍ（Ｒ＝５０μｍを含む）になるように場所を調整し、ノズルプレートと反対側の圧力室の後側に接着した。その後ろに続けたマニホールド５を設けてヘッドの最終物を仕上げた。
　この場合、Ｓ２＝Ｗ２×Ｈ５となる。
　その後、粘度１０ｍＰａ・ｓのインクを用いて吐出の評価をした。
　圧力室の音響的共振周期の１／２であるＡＬを測定したところ、６．５μｓｅｃであった。６ｍ／ｓｅｃでの液量は２５．７ｐｌであった。
　（実施例６）
　比較例３と同様に、薄板ガラスとそれによるインクの供給流路をなしで、つまりマニホールドと圧力室が直接接合されたヘッドを作成した。
　しかしその際に、圧力室のＳ１と供給流路となる凹部５１のＳ２の中央が１５０μｍずらして図７のように段差を生じさせて接合した。
　Ｓ２は、凹部５１の部分を供給流路とみなして計算した。凹部５１の幅＝８０ｍｍ、高さ＝４ｍｍであり、Ｓ２＝８０ｍｍ×４ｍｍとなる。
　また、Ｓ１とＳ２が重なったインクが通過する断面積Ｓ３は結果、Ｗ３（７０μｍ）×Ｈ４（１５０μｍ）となる。
　その後、粘度１０ｍＰａ・ｓのインクを用いて吐出の評価をした。
　圧力室の音響的共振周期の１／２であるＡＬを測定したところ、６．８μｓｅｃであった。６ｍ／ｓｅｃでの液量は２５．８ｐｌであった。
　（実施例７）
　粘度６ｍＰａ・ｓのインクを用いて実施例３のヘッドを評価した。圧力室の音響的共振周期の１／２であるＡＬを測定したところ、６．３μｓｅｃであった。６ｍ／ｓｅｃでの液量は２５．０ｐｌであった。
　（実施例８）
　スリットは圧力室と高さ方向をずらして、Ｓ３の高さＨ４としては３０μｍになるように場所を調整した以外は、実施例３と同様に作製した。
　その後粘度６ｍＰａ・ｓのインクを用いて評価した。その後、圧力室の音響的共振周期の１／２であるＡＬを測定したところ、７．０μｓｅｃであった。ほとんど実施例３と大きな差はなかった。６ｍ／ｓｅｃでの液量は２５．９ｐｌであった。
　（実施例９）
　貫通口３５は圧力室と高さ方向をずらして、Ｓ３の高さＨ４としては１０μｍになるように場所を調整した以外は、実施例３と同様に作成した。
　その後粘度６ｍＰａ・ｓのインクを用いて評価した。その後、圧力室の音響的共振周期の１／２であるＡＬを測定したところ、７．７μｓｅｃであった。６ｍ／ｓｅｃでの液量は２７．０ｐｌであった。
　（比較例４）
　比較例２と同様に、ブラスト加工で厚み、１００μｍの薄板ガラスに絞り部として直径４０μｍの円筒状の貫通口３５を各圧力室に対応するように設け、それ以外は同様に圧力室に接合、そしてマニホールドを組み合わせてヘッドを作製した。その後粘度６ｍＰａ・ｓのインクを用いて評価した。
　その後、圧力室の音響的共振周期の１／２であるＡＬを測定したところ、１１．５μｓｅｃであった。６ｍ／ｓｅｃでの液量は１９．５ｐｌであった。ヘルムホルツ共鳴の為にＡＬが長くなっているのに、液量は大きく不足して不十分な性能であった。また高速で射出評価の場合、そもそも８、９ｋＨｚで評価することもできなかった。
　（比較例５）
　比較例３のヘッドで粘度６ｍＰａ・ｓのインクを用いて評価した。
　その後、圧力室の音響的共振周期の１／２であるＡＬを測定したところ、５．４μｓｅｃであった。６ｍ／ｓｅｃでの液量は２４ｐｌであった。
　吐出の評価では、ノズル先端からインクが溢れてしまい、全ての駆動周波数で吐出できず、高速安定性としては非常に劣るレベルであった。
　（評価方法）
　評価項目は、コスト、気泡排出性、安定に吐出できる速度の上限である高速安定性とした。
　＜コスト＞
　材料、工程からコストを計算した後、比較例３のガラス薄板なしのヘッドとコストを比較し、それに対しての増減分で評価した。
　なお、判断基準は以下の通りである。×では実用に耐えない。△でも実用上問題ないが○が好ましい。
○：コスト増加分が比較例３の＋１０％以下
△：コスト増加分が比較例３の＋１０％を超えて３０％以下
×：コスト増加分が比較例３の＋３０％を超えている
　＜気泡排出性＞
　通常のインクの脱気条件を劣化させたインクを用い、８ｋＨｚで連続射出をした際にノズル欠が生じるかで評価した。
　なお、判断基準は以下の通りである。×では実用に耐えない。△でも実用上問題ないが○が好ましく、◎がより好ましい。
◎：ノズル欠が１％以内
○：ノズル欠が１％を超えて２％以内
△：ノズル欠が２％を超えて５％以内
×：ノズル欠が５％を超えている
　＜高速安定性＞
　駆動周波数を６、７、８、９ｋＨｚで、射出速度は６～１０ｍ／ｓｅｃで評価した。
　なお、判断基準は以下の通りである。×では実用に耐えない。△でも実用上問題ないが○が好ましく、◎がより好ましい。
◎：全ての駆動周波数領域で１０ｍ／ｓｅｃ以上で射出可能
○：全ての駆動周波数領域で８ｍ／ｓ以上１０ｍ／ｓｅｃ未満で射出可能
△：全ての駆動周波数領域で６ｍ／ｓ以上８ｍ／ｓｅｃ未満で射出可能
×：全ての駆動周波数領域で６ｍ／ｓｅｃ未満でしか射出できない
　＜総合評価＞
　上記３つの評価で×が一つでもあれば×、△が２つ以上は△で、△が１つ以下で他が○以上の場合は○、全てが○以上の場合は◎とした。
　総合評価としては△でも本発明の効果が得られるが、好ましくは○、特には◎以上が好ましい。×は実用に耐えない。
　以上の結果を表１に記す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１より本発明の実施例は、比較例に比べてコスト、気泡排出性、高速安定性に優れることが判る。
　このように、本発明の技術を用いれば、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を調整することで簡単に低コストで、高速安定性に優れるヘッドを作製することができる。
　１　ヘッドチップ
　１１、１２　基板
　１３　隔壁
　１４　チャネル（圧力室）
　１５　駆動電極
　１６　接続電極
　１７　位置決め用の溝
　２　ノズルプレート
　２１　ノズル
　３　流路基板
　３１ａ、３１ｂ　張り出し部
　３３　配線電極
　３５　貫通口（供給流路）
　４　ＦＰＣ
　５　インクマニホールド
　１００　駆動ＩＣ

Claims (5)

  1. 　内部に貯留されたインクに圧力を加える圧力室と、
    　前記圧力室の前面側に配置され前記圧力室内のインクを吐出するノズルと、
    　前記圧力室の後面側に配置され前記圧力室にインクを供給する供給流路と、
    　を有するインクジェットヘッドであって、
    　前記圧力室と前記供給流路の接合部における断面において、１つの前記圧力室の断面に対して、その圧力室の断面と前記供給流路の断面が重なった単一の重なり領域を有し、１つの前記圧力室の断面積をＳ１、前記供給流路の断面積をＳ２、前記重なり領域の断面積をＳ３（Ｓ３＞０）としたとき、Ｓ３＜Ｓ１、かつＳ３＜Ｓ２の関係を満たすことを特徴とするインクジェットヘッド。
  2. 　前記圧力室を複数有し、隣接して配置された前記圧力室を隔てる隔壁が、印加電圧に応動して変形動作するアクチュエータで構成されたシェアモード型のインクジェットヘッドであることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
  3. 　前記圧力室を複数有し、それぞれの圧力室に対応して配置される前記供給流路が前記接合部において連結していることを特徴とする請求項１または２記載のインクジェットヘッド。
  4. 　前記接合部は、エネルギー損失を伴う段差部を少なくとも２つ有することを特徴とする請求項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. 　前記重なり領域の一辺の長さが１０μｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする請求項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。
PCT/JP2011/069373 2010-09-01 2011-08-29 インクジェットヘッド WO2012029678A1 (ja)

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