JP5754495B2 - 液滴噴射ヘッドおよび液滴噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、液滴噴射ヘッドおよび液滴噴射装置に関する。

液滴を吐出するための液滴噴射ヘッドとして、例えばインクジェット記録装置に搭載されるインクジェットヘッドが知られている。インクジェットヘッドは、一般的に、インク滴を吐出するためのノズル孔が形成されたノズル板と、ノズル孔に連通する圧力室と、圧力室への液体を供給するためのリザーバーと、を有する流路形成板と、を備え、駆動部により圧力室に圧力を加えることにより、インク滴をノズル孔から吐出する。このようなインクジェットヘッドでは、印刷速度の高速化を目的として、ノズル孔を高密度に配置することが求められている。

このような装置において、高速化のために、一般に、複数のノズル孔が配列されたノズル列を、複数有する液滴噴射ヘッドが備えられている（特許文献１）。このような構造を有する液滴噴射ヘッドにおいて、ノズル孔の高密度化の要求に応えつつ、供給口への液体の供給手段が簡潔となり、ヘッドサイズの小型化を実現する液滴噴射ヘッドが望まれている。

特開２００９−１６０８９９号公報

本発明のいくつかの態様によれば、供給口への液体の供給手段が簡潔となり、ヘッドサイズの小型化を可能とする液滴噴射ヘッドを提供することができる。

本発明の態様の１つである液滴噴射ヘッドは、第１の方向に液体を吐出するノズル孔を有するノズル基板と、前記第１の方向と交差する第２の方向に変位する振動板と、前記振動板の一方の側に設けられた圧電素子と、前記振動板の他方の側に設けられ、圧力室と該圧力室に連通したリザーバーとを区画する流路形成基板と、前記振動板の前記一方の側において前記圧電素子を覆うように設けられた封止板と、を各々有する一対の駆動ユニットと、を備え、前記一対の駆動ユニットは前記第２の方向に積層されており、前記一対の駆動ユニットのうちの一方の駆動ユニットの前記流路形成基板の、前記一方の駆動ユニットの前記振動板とは反対側に、前記一対の駆動ユニットのうちの他方の駆動ユニットの前記封止板が接合されていることを特徴とする。

本発明において、「上」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）を形成する」などと用いている。本発明において、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上」という文言を用いている。同様に、「下」という文言は、Ａ下に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ下に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとする。

本発明によれば、液体が、供給口を介してリザーバーに供給される方向は、第１の方向と同じ方向であることにより、振動板の変位方向に供給口が開口した液滴噴射ヘッドと比べて、供給口への液体の供給手段が簡潔となり、ヘッドサイズの小型化を可能とする液滴噴射ヘッドを提供することができる。

本発明の態様の１つである上記液滴噴射ヘッドは、
２以上の前記駆動ユニットが、前記第２の方向において積層される液滴噴射ヘッドであって、
隣り合うように積層された２つの前記駆動ユニットは、一方の前記駆動ユニットの前記封止板の上に、他方の前記駆動ユニットの前記流路形成板が設けられるように積層され、
前記リザーバーは、前記流路形成板と、振動板と、前記封止板と、によって形成されていてもよい。

これによれば、供給口への液体の供給手段が簡潔となり、ヘッドサイズの小型化を可能とする液滴噴射ヘッドを提供することができる。

本発明の態様の１つである上記液滴噴射ヘッドは、前記他方の駆動ユニットの前記封止板の前記一方の駆動ユニットの前記リザーバーを形成する面には、該リザーバー内に浮遊する気泡を溜めることが可能な凹部が設けられていることを特徴とする。

これによれば、圧力室およびリザーバー内に浮遊した気泡に起因したドット抜けの発生を抑制する構造を有する液滴噴射ヘッドを提供することができる。

本発明の態様の１つである液滴噴射装置は、上記の液滴噴射ヘッドを含む。

本発明によれば、本発明の態様の１つである液滴噴射ヘッドを有する液滴噴射装置を提供することができる。

実施形態に係る液滴噴射ヘッド１００（２００）を模式的に示す平面図。 実施形態に係る液滴噴射ヘッド１００を模式的に示す断面図。 実施形態に係る液滴噴射ヘッド１００を模式的に示す断面図。 実施形態に係る液滴噴射ヘッド１００を模式的に示す斜視図。 実施形態に係る液滴噴射ヘッド２００を模式的に示す断面図。 実施形態に係る液滴噴射ヘッド２００を模式的に示す断面図。 実施形態に係る液滴噴射ヘッド１００の変形例を模式的に示す断面図。 実施形態に係る液滴噴射ヘッド２００の変形例を模式的に示す断面図。 実施形態に係る液滴噴射装置７００を模式的に示す斜視図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．液滴噴射ヘッド
１．１．第１実施形態
図１は、本実施形態の液滴噴射ヘッド１００を模式的に示す平面図である。図２は、本実施形態の液滴噴射ヘッド１００を模式的に示す断面図である。図３は、本実施形態の液体噴射ヘッド１００を模式的に示す断面図である。図２は、図１に示したＡ−Ａ線の断面に対応する。図３は、図１に示したＢ−Ｂ線の断面に対応する。図４は、本実施形態の液滴噴射ヘッド１００の斜視図である。

本実施形態の液滴噴射ヘッド１００は、振動板１０と、振動板１０の上に設けられた圧電素子２０と、振動板１０の下に設けられ、圧力室３２と圧力室３２と連通したリザーバー３６とを区画するための流路形成板３０と、振動版１０および圧電素子２０の上方において、圧電素子２０の空間４１を介して覆うように設けられた封止板４０と、を有する駆動ユニット５０と、圧力室３２の液体を吐出するノズル孔６１を有するノズル板６０と、リザーバー３６に液体を供給する供給口８１を有する蓋部材８０とを有する。

駆動ユニット５０は、少なくとも振動板１０、圧電素子２０、流路形成板３０および封止板４０によって構成される。図１に示すように、駆動ユニット５０には、複数の圧電素子２０と、複数の圧力室３２が、振動版１０の１つの辺に整列して並設されている。図１に示すように、液滴噴射ヘッド１００の振動版１０の最も大きな面によって形成される面が矩形であるとき、振動板１０の隣り合う２辺の内、一方の辺（例えば、短辺であって、長辺よりも長さが短い辺）に沿った方向をＸ軸方向とし、他方の辺（例えば長辺であって、短辺よりも長さが長い辺）に沿った方向をＹ軸とする。また振動板１０の厚み方向をＺ軸方向とする。このとき、圧電素子２０と圧力室３２は、Ｘ軸方向に延びるように形成され、Ｙ軸方向に沿って、列を形成して配列されていてもよい。また、振動板１０、圧電素子２０、流路形成板３０は、Ｚ軸方向において積層構造を有していてもよい。

振動板１０は、図２および図３に示すように、たわみ振動をおこなうための弾性を有する板状の部材である。振動板１０は、複数の層が積層した構造を有してもよい。振動板１０は、圧電素子２０の動作によって変形し、圧力室３２の体積を変化させる機能を有する。振動板１０の材質は、特に限定されないが、適度な機械的強度のある物質を用いることが望ましい。強度のない材料で形成した場合には、破損したり、高い駆動周波数で液滴噴射ヘッド１００を駆動できなくなることがある。また硬すぎる材料を用いた場合は、ヘッドの駆動時の振動板１０のたわみ量が減少し、噴射できる液体の滴が小さくなることがある。振動板１０の厚さは、ヤング率等の振動板１０の特性、圧電素子２０の変形能力、圧力室３２の体積の変化量などの特性が要求を満たせるよう、最適に選ばれる。振動板１０の材質としては、たとえば、酸化ジルコニウム、窒化シリコン、酸化シリコンまたは、酸化アルミニウムなどが好適である。

圧電素子２０は、図１ないし図３に示すように、振動板１０の上方に、圧力室３２に対応して複数設けられる。圧電素子２０は、下部電極２２と、圧電体層２４と、上部電極２６とを積層して構成される。

なお、圧電素子２０の構成は、下部電極２２と、圧電体層２４と、上部電極２６とを有し、振動板１０を変位させることができる限り、特に限定されない。以下においては、下部電極２２が、複数の圧電素子２０の共通電極となる形態を、圧電素子２０の一例として説明するが、上部電極２６が共通電極である形態や、下部電極２２と上部電極２６とがそれぞれ個別にリード配線に接続している形態であってもよい。つまりは、圧電素子２０の構成は以下に限定されるものではない。

下部電極２２は、振動板１０の上方に形成される。下部電極２２の厚みは、振動板１０に圧電体層２４の変形が伝達できる範囲であれば任意である。下部電極２２の厚みは、たとえば２０ｎｍ〜４００ｎｍとすることができる。下部電極２２は、上部電極２６と対になり、圧電体層２４を挟み圧電素子２０の一方の電極としての機能を有する。下部電極２２は、外部から電気的な接続がとれるように形成される。下部電極２２は、複数の圧電素子２０の共通電極として用いられてもよい。下部電極２２の材質は、導電性を有する物質である限り、特に限定されない。下部電極２２の材質は、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物（たとえば酸化イリジウムなど）、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物などを用いることができる。また、下部電極２２は、前記例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。

圧電体層２４は、下部電極２２の上に形成される。圧電体層２４の厚みは、機械的な信頼性を確保するために３００ｎｍ〜１５００ｎｍとすることができる。圧電体層２４は、下部電極２２および、上部電極２６によって電界が印加されると伸縮変形し、これにより振動板１０を振動させる機能を有する。圧電体層２４には、圧電性を有する材料が用いられる。圧電体層２４の材質は、たとえば、鉛、ジルコニウム、チタンを構成元素として含む酸化物とすることができる。圧電体層２４の材質は、さらに、ニオブなどの添加物を含んでいてもよい。圧電体層２４の材質として、チタン酸ジルコン酸鉛は、圧電性能が良好なため好適に用いることができる。

上部電極２６は、圧電体層２４の上に形成される。上部電極２６の厚みは、圧電素子２０の動作に悪影響を与えない範囲であれば限定されない。上部電極２６の厚みは、たとえば１０ｎｍ〜４００ｎｍとすることができる。上部電極２６は、下部電極２２と対になり、圧電体層２４を挟み圧電素子２０の一方の電極としての機能を有する。下部電極２２は、外部から電気的な接続がとれるように形成される。上部電極２６の材質は、導電性を有する物質である限り特に限定されない。上部電極２６の材質としては、下部電極２２と同様のものを挙げることができる。

ここで、図２に示すように、振動版１０の上に圧電素子２０が設けられることから、振動板１０は、主として振動板１０の厚み方向（Ｚ軸方向）に変位することができる。換言すれば、振動板１０の変位方向は、振動板１０の厚み方向（Ｚ軸方向）である。

流路形成板３０は、振動板１０の下方に設けられる。流路形成板３０には、図１に示すように、複数の圧力室３２など、液体を導入し、ノズル孔６１から吐出するための流路が設けられる。流路形成板３０に形成される圧力室３２となる流路の数は、特に限定されず、任意である。流路形成板３０は、圧力室３２の側壁となる。流路形成板３０の上面および下面は、互いに平行となっている。流路形成板３０は、各圧力室３２に液体を導入する第１開口部３３と、各圧力室３２からノズル孔６１へ液体を供給する第２開口部３５とを有するように形成される。第１開口部３３と圧力室３２との間に、圧力室３２よりも流路幅が狭く設計された供給路３４が設けられていてもよい。図１および図２に示すように、流路形成板３０には、第１開口部３３に連通するようにリザーバー３６が形成される流路（空間）が形成されている。つまりは、流路形成板３０には、リザーバー３６に導入された液体が、第１開口部３３を介して圧力室３２に供給され、第２開口部３５から吐出されるように、流路が形成されている。流路形成板３０の材質としては、特に限定されないが、水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いた異方性ウェットエッチングにより高い加工精度が得られるシリコンを用いるのが好適である。

ここで、第２開口部３５は、振動板１０の変位方向（Ｚ軸方向）に直交する方向（Ｘ軸方向）に向かって開口している。換言すれば、第２開口部３５の開口する方向は、振動板１０の変位方向（Ｚ軸方向）に直交する方向（Ｘ軸方向）である。また、第２開口部３５は、図１の例のように、平面的に見て、液体噴射ヘッド１００の１つの辺に整列して設けられることができる。したがって、駆動ユニット５０の一側面において、複数の第２開口部３５から形成された開口部の列を形成することができる。

封止板４０は、駆動ユニット５０の圧電素子２０側に、圧電素子２０の空間４１を介して覆うように設けられる。封止板４０は、圧電素子２０と接しない。封止板４０は、複数の圧電素子３０を覆ってもよく、各圧電素子２０を１つずつ覆うように設けてもよい。また、封止板４０には、圧電素子２０と接しないようにするための柱（ピラー）などが設けられていてもよい（図示せず）。封止板４０は、たとえば、駆動ユニット５０（液滴噴射ヘッド１００）が積層したときに、圧電素子２０並びに振動板１０が駆動するための空間を確保する機能を有する。また、封止板４０は、その内側の空間４１を気密に保つ機能を有してもよい。また、封止板４０によって形成される空間は、減圧状態となっていてもよい。これにより、封止板４０によって、圧電素子２０が大気と接触しないようにすることができるため、たとえば、圧電体層２４の劣化を抑制することができる。また、封止板４０を有することにより、圧電素子２０が機械的に保護され、液滴噴射ヘッド１００の取り扱いが容易になる。封止板４０の厚みは、機械的な強度を有する限り限定されない。封止板４０の材質は、たとえば、ポリイミドなどの樹脂、窒化シリコン、酸化シリコンまたは、酸化アルミニウムなどの無機物とすることができる。

以上により、駆動ユニット５０を構成することができる。本実施形態に係る液滴噴出ヘッド１００は、図２に示すように、２つの駆動ユニット５０が、後述されるセパレータ基板７０を中心として、対称に配置された構造を有することができる。詳細は後述される。

ノズル板６０は、振動板１０および流路形成板３０に直交して設けられている板状の部材である。ノズル板６０は、流路形成板３０の各第２開口部３５に対応するように複数のノズル孔６１を有する。ノズル孔６１は、ノズル板６０の法線方向に中心線が一致するように形成されている。したがって、ノズル孔６１から液体が吐出される方向は、図２に示すように、第２開口部３５が開口する方向（Ｘ軸方向）であって、振動板１０の変位方向（Ｚ軸方向）に直交する方向（Ｘ軸方向）となる。また、ノズル孔６１の形成される位置は、第２開口部３５を介して圧力室３２と連続することができる限り任意である。したがって、図４に示すように、ノズル板６０は、複数の第２開口部３５と対応した複数のノズル孔６１からなるノズル列を有することができる。ノズル板６０の材質は、限定されず、たとえばシリコンや、ステンレスなどを好適に用いることができる。

セパレータ基板７０は、一対の駆動ユニット５０によって挟まれる板状の部材である。セパレータ基板７０は、流路形成板３０側を内側にして対向する一対の駆動ユニット５０に挟まれている。このように配置されたセパレータ基板７０および一対の駆動ユニット５０によって、セパレータ基板７０の両面にそれぞれ複数の圧力室３２が形成される。セパレータ基板７０は、図２に示すように、面上において圧力室３２が形成される基面７１と、面上においてリザーバー３６が形成される側面７３および側面７５と、を有する。基面７１とは、セパレータ基板７０を構成する面の中で、もっとも面積が大きい面であって、振動板１０や流路形成板３０と平行に設けられた面である。側面７３および側面７５とは、基面７１の両面を接続する面であり、振動板１０や流路形成板３０と直交する面である。側面７３は、ノズル板６０および蓋部材８０と平行な側面であって、ノズル板６０側の面とは反対側の面である。また、側面７５は、側面７３と連続する面であって、ノズル板６０および蓋部材８０と直交な側面であってもよい。

図２に示すように、セパレータ基板７０は、Ｚ軸方向において隣り合うリザーバー３６を連結する切欠け部７２を有する。切欠け部７２は、側面７３と側面７５によって構成される。切欠け部７２の形状は、一対の駆動ユニット５０のリザーバー３６を連通させる空間を形成できる限り、特に限定されない。

図２に示すように、セパレータ基板７０の基面７１上には、圧力室３２、第１開口部３３、供給路３４、第２開口部３５が形成される。また、側面７３、７５の上において後述される共通リザーバー３７が形成される。

セパレータ基板７０の厚みは、液滴噴射ヘッド１００が変形しない程度の強度を有する限り任意である。ただしノズル列間を縮小させるためにも、組み立て、加工上の制約、強度の制約を回避できる範囲で薄くすることが望ましい。セパレータ基板７０の厚みは、たとえば、１０μｍないし１０００μｍであることができる。セパレータ基板７０の材質としては、厚みおよび強度を考慮すれば、金属、樹脂、半導体など任意のものを用いることができる。また、セパレータ基板７０の材質として、流路形成板３０の線膨張係数と近い線膨張係数を有する材質を選ぶと、液滴噴射ヘッド１００の変形を抑制することができる。たとえば、流路形成板３０がシリコンで構成される場合には、セパレータ基板７０の材質をシリコンとすると、流路形成板３０とセパレータ基板７０の接着、接合時や、それ以降の組み立て工程時にこれら部材が加熱される場合でも、同じ熱膨張係数のため、部材間の線膨張係数差に伴う熱応力による破損を回避することができる。

蓋部材８０は、振動板１０および流路形成板３０に直交し、ノズル板６０と蓋部材８０でもって一対の駆動ユニット５０を挟むように設けられる板状の部材である。蓋部材８０は、リザーバー３６（後述される共通リザーバー３７）側から流路形成板３０を封止することができる。図１および図２に示すように、蓋部材８０は、リザーバー３６（後述される共通リザーバー３７）と連通した供給口８１を有する。

供給口８１は、図１および図２に示すように、蓋部材８０の厚み方向（Ｘ軸方向）に向かって開口している。したがって、図示されない液体貯蔵部から供給される液体を、ノズル孔を介して液体が吐出する方向（Ｘ軸方向）と同じ方向で、リザーバー３６（後述される共通リザーバー３７）に供給することができる。供給口８１は、図１に示すように、後述される共通リザーバー３７に対して、１つ形成されていてもよいし、複数形成されていてもよい。蓋部材８０の材質は、限定されず、たとえばシリコンや、ステンレスなどを好適に用いることができる。

また、供給口８１は、図２に示すように、セパレータ基板７０の側面７３に対向するように設けられてもよい。これによれば、供給口８１から供給された液体を、セパレータ基板７０の側面７３に衝突させることができる。供給口８１を介して供給される液体に物理的なエネルギーを与えることができるため、気泡が含まれる場合であっても、液体がセパレータ基板７０の側面７３に衝突することにより、気泡を分解することができ、ドット抜けの発生を低減することができる。したがって、液滴噴射ヘッドの塗布品質を向上させることができる。また、供給口８１には、図示しない液体貯蔵部と連通した供給路１１０が接続される。供給路１１０の構造および材質は、液体を供給口８１に供給できる限り、特に限定されない。例えば、供給路１１０には、可塑性を有する樹脂性チューブが用いられてもよい。これによって、図示されない液体貯蔵部から供給口に液体を供給することができる。

ここで、供給口８１は、振動板１０の変位方向（Ｚ軸方向）に直交する方向（Ｘ軸方向）に向かって開口している。このとき、液体のノズル孔６１を介した吐出方向を、第１の方向（Ｘ軸方向）とし、振動板１０の変位方向（Ｚ軸方向）を、第２の方向としたとき、図２に示すように、第１の方向（Ｘ軸方向）と前記第２の方向（Ｚ軸方向）とは直交している。したがって、液体が、供給口８１を介してリザーバー３６に供給される方向は、第１の方向（Ｘ軸方向）と同じ方向となる。

また、上述のように、圧力室３２は、第１開口部３３および第２開口部３５に連通している。圧力室３２は、振動板１０、流路形成板３０、およびセパレータ基板７０（基面７１）によって囲まれた空間である。圧力室３２には、第１開口部３３から液体が供給される。圧力室３２に導入された液体は、第２開口部３５と連通したノズル孔６１を介して吐出される。圧力室３２は、振動板１０の変形によって体積が変化する。圧力室３２の体積が大きくなれば、圧力室３２内部の圧力が小さくなり、第１開口部３３から液体が圧力室３２に導入される。液体が充填された圧力室３２の体積が小さくなれば、圧力室３２内部の圧力が大きくなり、ノズル孔６１から液体が吐出される。このように、液体は、振動板１０の動作に応じて、圧力室３２を通過して流動することができる。

リザーバー３６は、圧力室３２に液体を供給するために形成される。流路形成板３０におけるリザーバー３６となる空間は、図１に示すように、複数の第１開口部３３と連通するように形成される。また、図２に示すように、セパレータ基板７０は、切欠け部７２を有し、一対の駆動ユニット５０のリザーバー３６を隔てないように設けられる。したがって、図２に示すように、一対の駆動ユニット５０の各々のリザーバー３６およびセパレータ基板７０の切欠け部７２は、連通した共通空間として区画され、共通リザーバー３７として機能することができる。換言すれば、共通リザーバー３７は、一対の駆動ユニット５０の複数の圧力室３２に供給される液体を貯蔵することができる。共通リザーバー３７は、図２に示すように、振動板１０、流路形成板３０、セパレータ基板７０（切欠け部７２）および後述される蓋部材８０によって囲まれた空間である。

以上により、本実施形態に係る液滴噴射ヘッド１００を構成することができる。図４に示すように、本実施形態に係る液滴噴射ヘッド１００は、同じ液体を排出する第２開口部３５の列が、セパレータ基板７０を挟んで、互いに近接して配置される。そのため、図４に示すように、複数のノズル孔６１によって形成される２つのノズル列が、互いに近接して配置される。したがって、液滴噴射ヘッド１００は、互いに近接した２つのノズル列において、同じ液体を吐出することができる。これによれば、高密度に液体を媒体に塗布することができ、高解像度または高密度な塗布結果を得ることができる。このように、同じ液体を高密度に塗布することができる液滴噴射ヘッド１００は、例えば、ライン型プリンター（液滴噴射装置）等に好適に用いられる。

また、図示はされないが、２以上の本実施形態に係る液滴噴射ヘッド１００を、Ｚ軸方向および／またはＹ軸方向において、すべてのノズル孔６１が第１の方向を向くように、積層してもよい。積層方法は特に限定されず、任意である。

本実施形態の液滴噴射ヘッドは、各種の液体を各種の媒体に塗布するために適用することができる。本実施形態の液滴噴射ヘッドで塗布できる液体としては、各種のインク、各種金属の前駆体、各種誘電体の前駆体などを挙げることができる。本実施形態の液滴噴射ヘッドを用いて塗布されうる媒体としては、紙、シリコンウエハ、半導体装置などが挙げられる。

本実施形態に係る液滴噴射ヘッド１００は、例えば、以下の特徴と有する。

本実施形態に係る液滴噴射ヘッド１００によれば、液体が、供給口８１を介してリザーバー３６に供給される方向は、第１の方向（Ｘ軸方向）と同じ方向であることにより、例えば、Ｘ軸方向以外の方向（例えば、振動板の変位方向（Ｚ軸方向））に供給口が開口した液滴噴射ヘッドと比べて、供給口への液体の供給手段が簡潔となり、ヘッドサイズの小型化を可能とする液滴噴射ヘッドを提供することができる。以下に詳細を説明する。

本実施形態に係る駆動ユニット５０を有する液滴噴射ヘッドにおいて、振動板１０の変位方向（Ｚ軸方向）とは、駆動ユニット５０が一対となり積層される方向である。本実施形態に係る液滴噴射ヘッド１００のように、２つの駆動ユニット５０が積層される液滴噴射ヘッドにおいて、供給口からの供給経路は、液体貯蔵部が設けられた一方向へ向かうように形成される必要がある。

ここで、例えば、液体をリザーバーに供給する供給口８１が、振動板１０の変位方向（Ｚ軸方向）に開口するように設けられる場合、振動版１０および封止板４０を貫通する供給経路を別途形成して、Ｚ軸方向に開口する供給口を設ける手段と、Ｚ軸方向の流路からＸ軸方向への流路となるＬ字の流路を形成し、Ｘ軸方向に開口する供給口を設ける手段が考えられる。しかしながら、前述の手段を採用する場合、それぞれの供給口は、Ｚ軸方向において互いに異なる方向を向いているため、供給口から液体貯蔵部への接続経路が煩雑化し、接続経路を一方向へまとめるスペースを別途、設ける必要がある。また、後述の手段を採用する場合も、Ｌ字経路用のスペースを別途、設ける必要がある。これに対し、本実施形態に係る液滴噴射ヘッド１００によれば、上記のいずれの手段も用いる必要がないために設計上の自由度が向上し、供給口８１から供給経路を、簡潔に形成することができる。したがって、振動板の変位方向（Ｚ軸方向）に供給口が開口した液滴噴射ヘッドと比べて、供給口への液体の供給手段が簡潔となり、ヘッドサイズの小型化を可能とする液滴噴射ヘッドを提供することができる。

また、本実施形態に係る液滴噴射ヘッド１００は、一対の駆動ユニット５０の共通リザーバー３７を有する。共通リザーバー３７は、対向する一対の流路形成板３０および振動板１０と、蓋部材８０と、セパレータ基板７０と、によって形成され、蓋部材８０の供給口８１は、共通リザーバー３７に連通している。このように本実施形態に係る液滴噴射ヘッド１００は、共通リザーバー３７を形成し、共通の供給口８１を用いて複数の圧力室３２に液体を供給することができる。したがって、それぞれの圧力室３２に対して供給口を設ける必要がなく、同じ液体を高密度に塗布することができる液滴噴射ヘッドの小型化を図ることができる。

１．２．第２実施形態
以下、図面を参照して、第２の実施の形態に係る液滴噴射ヘッドについて説明する。

なお、本実施形態に係る駆動ユニット５０の平面図は、第１実施形態に係る駆動ユニット５０の平面図（図１）と同一であるため、図１を第２実施形態に係る液滴噴射ヘッドの模式的平面図としても参照する。図５は、本実施形態の液滴噴射ヘッド２００を模式的に示す断面図である。図６は、本実施形態の液滴噴射ヘッド２００を模式的に示す断面図である。図５は、図１に示したＡ−Ａ線の断面に対応する。図６は、図１に示したＢ−Ｂ線の断面に対応する。

本実施の形態に係る液滴噴射ヘッド２００は、図５に示すように、２以上の駆動ユニット５０が、第２の方向（Ｚ軸方向）において積層される液滴噴射ヘッドであって、隣り合うように積層された２つの駆動ユニット５０は、一方の駆動ユニット５０の封止板４０の上に、他方の駆動ユニット５０の流路形成板３０が設けられるように積層され、リザーバー３６は、流路形成板３０と、振動板１０と、蓋部材８０と、封止板４０と、によって形成される。

本実施の形態では、液滴噴射装置２００が、セパレータ基板７０を含まないため、共通リザーバー３７が形成されない点と、駆動ユニット５０の積層構造において第１実施形態と異なる。以下に、第１の実施の形態と本実施の形態と異なる構成について説明する。なお、後述される第２実施形態に係る液滴噴射装置２００に関して、第１の実施の形態と同様の構成等は、同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。

図５および図６に示すように、駆動ユニット５０は、振動板１０の変位方向である第２の方向（Ｚ軸方向）に沿って積層される。積層される駆動ユニット５０の数は特に限定されず、任意である。積層される駆動ユニット５０の数が多いほど、ノズル孔６１の高密度化を図ることができる。積層される方法は、上述のように隣り合うように積層された２つの駆動ユニット５０において、一方の駆動ユニット５０の封止板４０の上に、他方の駆動ユニット５０の流路形成板３０が設けられるように積層される限り、特に限定されない。各駆動ユニット５０の接合には、例えば、図示されない接着剤を介して複数の駆動ユニット５０が接合される。

本実施形態に係る液滴噴射装置２００において、リザーバー３６は、第１開口部３３と供給口８１との間の流路を意味し、流路形成板３０と、振動板１０と、蓋部材８０と、封止板４０と、によって囲まれる空間である。流路形成板３０におけるリザーバー３６のための空間は、同一の駆動ユニット５０においては、隣り合うリザーバー３６が同一の空間を形成していてもよい。また、図示はされないが、同一の駆動ユニット５０内でも、複数のリザーバー３６を流路形成板３０の側壁を適宜パターニングすることにより形成してもよい。しかしながら、図５および図６に示すように、第２の方向であるＺ軸方向において、リザーバー３６は、封止板４０と振動板１０によって隔てられている。

本実施形態において、図５に示すように、蓋部材８０は、複数のリザーバー３６に対し、それぞれ個別に連通した供給口８１を有する。供給口８１は、第１実施形態と同様に、第１の方向（Ｘ軸方向）において、液体をリザーバー３６に供給することができる。なお、供給口８１に係る詳細な説明は、第１実施形態において上述されているため、省略する。

以上により、本実施形態に係る液滴噴射ヘッド２００を構成することができる。本実施形態に係る液滴噴射ヘッド２００は、異なる液体を排出するノズル孔６１の列が、複数、互いに近接して配置される。そのため、同色で濃度の異なる液体や、様々な色の液体を、高密度に塗布することができる。したがって、色彩の表現力が向上した塗布結果を得ることができる。このように、様々な液体を高密度に塗布することができる液滴噴射ヘッド２００は、例えば、ノズル孔高密度型プリンター（液滴噴射装置）等に好適に用いられる。

また、図示はされないが、２以上の本実施形態に係る液滴噴射ヘッド２００を、Ｚ軸方向および／またはＹ軸方向において、すべてのノズル孔６１が第１の方向を向くように、積層してもよい。積層方法は特に限定されず、任意である。

本実施形態の液滴噴射ヘッドは、各種の液体を各種の媒体に塗布するために適用することができる。本実施形態の液滴噴射ヘッドで塗布できる液体としては、各種のインク、各種金属の前駆体、各種誘電体の前駆体などを挙げることができる。本実施形態の液滴噴射ヘッドを用いて塗布されうる媒体としては、紙、シリコンウエハ、半導体装置などが挙げられる。

本実施形態に係る液滴噴射ヘッド２００は、例えば、以下の特徴と有する。

本実施形態に係る液滴噴射ヘッド２００によれば、液体が、供給口８１を介してリザーバー３６に供給される方向は、第１の方向（Ｘ軸方向）と同じ方向であることにより、例えば、Ｘ軸方向以外の方向（例えば、振動板の変位方向（Ｚ軸方向））に供給口が開口した液滴噴射ヘッドと比べて、供給口への液体の供給手段が簡潔となり、ヘッドサイズの小型化を可能とする液滴噴射ヘッドを提供することができる。

特に、図５および図６に示すように、複数の駆動ユニット５０が積層され、複数の供給口８１が設けられる場合、複数の供給路１１０を設ける必要がある。このような形態の液滴噴射ヘッドにおいては、例えば、液体をリザーバーに供給する供給口８１が、振動板１０の変位方向（Ｚ軸方向）に開口するように設けられる場合、複数の供給路１１０のためのスペースを確保する必要がある。また、２以上の駆動ユニット５０を設ける場合、一方の駆動ユニット５０内において、他方の供給路１１０のための経路を考慮する必要がある。また、Ｌ字経路用のスペースを別途、設ける場合、ノズル孔６１の高密度化を行う場合に設計上、障害となる。これに対し、本実施形態に係る液滴噴射ヘッド２００によれば、駆動ユニット５０の積層において、供給路１１０の経路を考慮する必要がないため、設計上の自由度が向上し、供給口８１から供給経路を、簡潔に形成することができる。これによれば、振動板の変位方向（Ｚ軸方向）に供給口が開口した液滴噴射ヘッドと比べて、供給口への液体の供給手段が簡潔となり、ヘッドサイズの小型化を可能とする液滴噴射ヘッドを提供することができる。

１．３．変形例
以下、図面を参照して、第１および第２実施形態に係る液滴噴射ヘッドの変形例について説明する。図７は、第１実施形態の液滴噴射ヘッド１００の変形例を模式的に示す断面図である。図８は、第２実施形態の液滴噴射ヘッド２００の変形例を模式的に示す断面図である。

図７に示すように、第１実施形態の液滴噴射ヘッド１００の変形例においては、蓋部材８０のリザーバー３６（共通リザーバー３７）を構成する面において、凹部８３が形成されていてもよい。凹部の形状は特に限定されず、断面が矩形の凹部でもよいし、断面が曲線からなる凹部であってもよい。

また、図８に示すように、第２実施形態の液滴噴射ヘッド２００の変形例においては、封止板４０のリザーバー３６を構成する面において、凹部４３が形成されていてもよい。凹部の形状は特に限定されず、断面がテーパー面の凹部でもよいし、断面が曲線からなる凹部であってもよい。

以上、第１および第２実施形態に係る液滴噴射ヘッドの変形例によれば、リザーバー３６に供給口８１を介して供給された液体に気泡が含まれていた場合、気泡が、流路に沿ってノズル孔６１まで吐出されないように、気泡を溜める易い流路構造とすることができる。したがって、液体中の気泡に起因したドット抜けの発生を抑制することができるため、塗布品質が向上した液滴噴射ヘッドを提供することができる。

なお、ここでは、液滴噴射ヘッド１００、２００がインクジェット式記録ヘッドである場合について説明した。しかしながら、本発明の液滴噴射ヘッドは、例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどとして用いられることもできる。

２．液滴噴射装置
次に、本実施形態に係る液滴噴射装置について、図面を参照しながら説明する。液滴噴射装置は、上述の液滴噴射ヘッドを有する。以下では、液滴噴射装置が上述の液滴噴射ヘッド１００（２００）を有するインクジェットプリンターである場合について説明する。図９は、本実施形態に係る液滴噴射装置７００を模式的に示す斜視図である。

液滴噴射装置７００は、図９に示すように、ヘッドユニット７３０と、駆動部７１０と、制御部７６０と、を含む。さらに、液滴噴射装置７００は、装置本体７２０と、給紙部７５０と、記録用紙Ｐを設置するトレイ７２１と、記録用紙Ｐを排出する排出口７２２と、装置本体７２０の上面に配置された操作パネル７７０と、を含むことができる。

ヘッドユニット７３０は、上述した液滴噴射ヘッド１００（２００）から構成されるインクジェット式記録ヘッド（以下単に「ヘッド」ともいう）を有する。ヘッドユニット７３０は、さらに、ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ７３１と、ヘッド及びインクカートリッジ７３１を搭載した運搬部（キャリッジ）７３２と、を備える。

駆動部７１０は、ヘッドユニット７３０を往復動させることができる。駆動部７１０は、ヘッドユニット７３０の駆動源となるキャリッジモーター７４１と、キャリッジモーター７４１の回転を受けて、ヘッドユニット７３０を往復動させる往復動機構７４２と、を有する。

往復動機構７４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸７４４と、キャリッジガイド軸７４４と平行に延在するタイミングベルト７４３と、を備える。キャリッジガイド軸７４４は、キャリッジ７３２が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ７３２を支持している。さらに、キャリッジ７３２は、タイミングベルト７４３の一部に固定されている。キャリッジモーター７４１の作動により、タイミングベルト７４３を走行させると、キャリッジガイド軸７４４に導かれて、ヘッドユニット７３０が往復動する。この往復動の際に、ヘッドから適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。

なお、本実施形態では、液滴噴射ヘッド１００（２００）及び記録用紙Ｐがいずれも移動しながら印刷が行われる例を示しているが、本発明の液滴噴射装置は、液滴噴射ヘッド１００（２００）及び記録用紙Ｐが互いに相対的に位置を変えて記録用紙Ｐに印刷される機構であってもよい。また、本実施形態では、記録用紙Ｐに印刷が行われる例を示しているが、本発明の液滴噴射装置によって印刷を施すことができる記録媒体としては、紙に限定されず、布、フィルム、金属など、広範な媒体を挙げることができ、適宜構成を変更することができる。

制御部７６０は、ヘッドユニット７３０、駆動部７１０及び給紙部７５０を制御することができる。

給紙部７５０は、記録用紙Ｐをトレイ７２１からヘッドユニット７３０側へ送り込むことができる。給紙部７５０は、その駆動源となる給紙モーター７５１と、給紙モーター７５１の作動により回転する給紙ローラー７５２と、を備える。給紙ローラー７５２は、記録用紙Ｐの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラー７５２ａ及び駆動ローラー７５２ｂを備える。駆動ローラー７５２ｂは、給紙モーター７５１に連結されている。制御部７６０によって供紙部７５０が駆動されると、記録用紙Ｐは、ヘッドユニット７３０の下方を通過するように送られる。

ヘッドユニット７３０、駆動部７１０、制御部７６０及び給紙部７５０は、装置本体７２０の内部に設けられている。

液滴噴射装置７００は、上述した液滴噴射ヘッド１００（２００）を含む。したがって、供給口への液体の供給手段が簡潔となり、ヘッドサイズの小型化を可能とする液滴噴射ヘッドを有する液滴噴射装置を実現できる。

なお、上記例示した液滴噴射装置は、１つの液滴噴射ヘッドを有し、この液滴噴射ヘッドによって、記録媒体に印刷を行うことができるものであるが、複数の液滴噴射ヘッドを有してもよい。液滴噴射装置が複数の液滴噴射ヘッドを有する場合には、複数の液滴噴射ヘッドは、それぞれ独立して上述のように動作されてもよいし、複数の液滴噴射ヘッドが互いに連結されて、１つの集合したヘッドとなっていてもよい。このような集合となったヘッドとしては、例えば、複数のヘッドのそれぞれのノズル孔が全体として均一な間隔を有するような、ライン型のヘッドを挙げることができる。

以上、本発明に係る液滴噴射装置の一例として、インクジェットプリンターとしてのインクジェット記録装置７００を説明したが、本発明に係る液滴噴射装置は、工業的にも利用することができる。この場合に吐出される液体等（液状材料）としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整したものなどを用いることができる。本発明の液滴噴射装置は、例示したプリンター等の画像記録装置以外にも、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射装置、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）、電気泳動ディスプレイ等の電極やカラーフィルターの形成に用いられる液体材料噴射装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機材料噴射装置としても好適に用いられることができる。

なお、上述した実施形態及び各種の変形は、それぞれ一例であって、本発明は、これらに限定されるわけではない。例えば実施形態及び各変形は、複数を適宜組み合わせることが可能である。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１０ 振動板、２０ 圧電素子、２２ 下部電極、２４ 圧電体層、２６ 上部電極、３０ 流路形成板、３２ 圧力室、３３ 第１開口部、３４ 供給路、３５ 第２開口部、３６ リザーバー、３７ 共通リザーバー、４０ 封止板、４１ 空間、５０ 駆動ユニット、６０ ノズル板、６１ ノズル孔、７０ セパレータ基板、７１ 基面、７２ 切欠け部、７３ 側面、７５側面、８０ 蓋部材、８１ 供給口、１００、２００ 液滴噴射ヘッド、１１０ 供給路、７００ 液滴噴射装置、７１０ 駆動部、７２０ 装置本体、７２１ トレイ、７２２ 排出口、７３０ ヘッドユニット、７３１ インクカートリッジ、７３２ キャリッジ、７４１ キャリッジモーター、７４２ 往復動機構、７４３ タイミングベルト、７４４ キャリッジガイド軸、７５０ 給紙部、７５１ 給紙モーター、７５２ 給紙ローラー、７５２ａ 従動ローラー、７５２ｂ 駆動ローラー、７６０ 制御部、７７０ 操作パネル。

Claims (3)

1. 第１の方向に液体を吐出するノズル孔を有するノズル基板と、
   前記第１の方向と交差する第２の方向に変位する振動板と、前記振動板の一方の側に設けられた圧電素子と、前記振動板の他方の側に設けられ、圧力室と該圧力室に連通したリザーバーとを区画する流路形成基板と、前記振動板の前記一方の側において前記圧電素子を覆うように設けられた封止板と、を各々有する一対の駆動ユニットと、
   を備え、前記一対の駆動ユニットは前記第２の方向に積層されており、
   前記一対の駆動ユニットのうちの一方の駆動ユニットの前記流路形成基板の、前記一方の駆動ユニットの前記振動板とは反対側に、前記一対の駆動ユニットのうちの他方の駆動ユニットの前記封止板が設けられ、
   前記一対の駆動ユニットの前記流路形成基板には、前記圧力室と前記リザーバーとの間に当該圧力室よりも流路幅が狭く設計された供給路が設けられており、
   前記一対の駆動ユニットにおける各々の前記封止板は、積層される前記第２の方向における厚みが厚い第１部分と、該第１部分よりも薄い第２部分と、を有し、
   前記一方の駆動ユニットの前記封止板の前記第１部分と、前記他方の駆動ユニットの前記封止板の前記第１部分と、の間に前記供給路が配置されていることを特徴とする液滴噴射ヘッド。
2. 請求項１において、
   前記他方の駆動ユニットの前記封止板の前記一方の駆動ユニットの前記リザーバーを形成する面には、該リザーバー内に浮遊する気泡を溜めることが可能な凹部が設けられていることを特徴とする液滴噴射ヘッド。
3. 請求項１または２のいずれか１項に記載の液滴噴射ヘッドを有する液滴噴射装置。

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