JP2011140202A - 液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体の噴射量が確保され、噴射特性の低下を抑えた液体噴射ヘッドおよびそれを用いた液体噴射装置を得ること。
【解決手段】圧力発生室１２の容積を、振動板５６を介して変化させる圧電素子３００が、インク供給路１４の流路断面積を、振動板５６を介して変化させるので、圧力発生室１２の容積の変化に応じてインク供給路１４の流路断面積を変化させることができ、リザーバー１００と圧力発生室１２との間を流れるインクの流量を調節することができる。したがって、圧力発生室１２に充填されたインクを圧力発生室１２と連通したノズル開口２１から噴射する際に、インク供給路１４を通じてリザーバー１００に戻るインクの量を減少させることができ、インクの噴射量を確保でき、噴射特性の低下を抑えたインクジェット式記録ヘッド１を得ることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、圧電素子の変形を利用して圧力発生室の圧力を高め、圧力発生室内の液体を噴射する液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置に関する。

圧力発生室の一部を振動板で構成し、振動板に圧電素子を形成して、圧電素子の変形により振動板を変形させて圧力発生室内の液体を噴射する液体噴射ヘッドおよびこの液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置が知られている。
圧電素子は、下電極と上電極とで挟まれた圧電体を備えている。下電極と上電極との間に電圧を印加することによって、圧電素子を駆動し、変形させる。

液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッドでは、圧電素子としての圧電振動子を、圧力発生室の容積が増えるように変形させて、液体としてのインクのリザーバーから液体供給路としてのインク供給路を通じて圧力発生室にインクを充填する。その後、圧力発生室の容積が減るように変形させ圧力発生室の圧力を高め、圧力発生室に充填されたインクを圧力発生室と連通したノズル開口から噴射する。ここで、インク供給路を、圧力発生室よりも狭い幅で形成し、圧力発生室に流入するインクの流路抵抗を一定に保持することが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２２０５０７号公報（４頁、図１および図２）

液体供給路を、圧力発生室よりも狭い幅で形成し、圧力発生室に流入する液体の流路抵抗を一定に保持しても、圧力発生室に充填された液体を圧力発生室と連通したノズル開口から噴射する際に、液体供給路を通じてリザーバーに戻る液体が存在し、液体の戻る量だけ噴射量が減少し、液体噴射ヘッドの噴射特性が低下する。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
液体を噴射するノズル開口に連通した圧力発生室と、前記圧力発生室と前記液体を貯蔵するリザーバーとに連通した液体供給路と、前記圧力発生室の容積および前記液体供給路の流路断面積を、振動板を介して変化させる圧電素子とを備えたことを特徴とする液体噴射ヘッド。

この適用例によれば、圧力発生室の容積を、振動板を介して変化させる圧電素子に加えて、液体供給路の流路断面積を、振動板を介して変化させる圧電素子を備えているので、圧力発生室の容積の変化に応じて液体供給路の流路断面積を変化させ、リザーバーと圧力発生室との間を流れる液体の流量を調節することが可能である。したがって、圧力発生室に充填された液体を圧力発生室と連通したノズル開口から噴射する際に、液体供給路を通じてリザーバーに戻る液体の量を減少させることが可能で、液体の噴射量が確保され、噴射特性の低下を抑えた液体噴射ヘッドが得られる。

［適用例２］
上記液体噴射ヘッドにおいて、前記圧力発生室および前記液体供給路は、少なくとも流路形成基板および前記ノズル開口の設けられているノズルプレートで構成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
この適用例では、圧力発生室および液体供給路が少なくとも同じ部材である流路形成基板およびノズルプレートによって構成されている。したがって、圧力発生室と液体供給路とを連続して形成でき、流路形成基板およびノズルプレートの形状によって、液体供給路の流路断面積の調節ができる液体噴射ヘッドが得られる。

［適用例３］
上記液体噴射ヘッドにおいて、前記ノズルプレートは、前記液体供給路の前記流路断面積を決める突起部を備えていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
この適用例では、ノズルプレートの突起部によって、液体供給路の流路断面積が決められるので、突起部によって流路断面積の調節ができる液体噴射ヘッドが得られる。

［適用例４］
上記液体噴射ヘッドにおいて、前記振動板および前記圧電素子は、前記圧力発生室と前記液体供給路とにわたって一体で形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
この適用例では、振動板および圧電素子が一体で形成されているので構造が簡単で、圧電素子の制御の容易な液体噴射ヘッドが得られる。

［適用例５］
上記液体噴射ヘッドにおいて、前記圧電素子は、前記圧力発生室の前記容積を変化させる第１の圧電素子と、前記液体供給路の前記流路断面積を変化させる第２の圧電素子とを備えていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
この適用例では、圧電素子が、圧力発生室の容積を変化させる第１の圧電素子と、液体供給路の流路断面積を変化させる第２の圧電素子とに分かれている。それぞれの圧電素子によって、容積と流路断面積とを分けて制御ができ、リザーバーと圧力発生室との間を流れる液体の流量をより好適に調節することが可能である。したがって、圧力発生室に充填された液体を圧力発生室と連通したノズル開口から噴射する際に、液体供給路を通じてリザーバーに戻る液体の量をより減少させることが可能で、液体の噴射量がより確保され、噴射特性の低下をより抑えた液体噴射ヘッドが得られる。

［適用例６］
上記液体噴射ヘッドにおいて、前記振動板は、第１の振動板と第２の振動板とを備え、前記第１の振動板は、前記圧力発生室の一部を構成し、前記第１の圧電素子は前記第１の振動板に設けられ、前記第２の振動板は、前記ノズルプレートの一部を構成し、前記第２の圧電素子は前記第２の振動板の面のうち前記流路基板の逆側に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
この適用例では、第１の圧電素子に対応し、圧力発生室の一部を構成する第１の振動板に加え、第２の圧電素子に対応し、第１の振動板とは異なる第２の振動板をノズルプレートに備えているので、液体供給路の流路断面積を変化させる第２の圧電素子の振動特性に応じた第２の振動板が使用できる。したがって、圧力発生室に充填された液体を圧力発生室と連通したノズル開口から噴射する際に、液体供給路を通じてリザーバーに戻る液体の量をより減少させることが可能で、液体の噴射量がより確保され、噴射特性の低下をより抑えた液体噴射ヘッドが得られる。

［適用例７］
上記に記載の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする液体噴射装置。

この適用例によれば、前述の効果を有する液体噴射装置が得られる。

第１実施形態におけるインクジェット式記録装置の一例を示す概略図。 インクジェット式記録ヘッドの概略を示す分解斜視図。 （ａ）は、インクジェット式記録ヘッドの概略部分平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ概略断面図。 インクジェット式記録ヘッドの図３（ａ）におけるＢ−Ｂ概略部分断面図。 圧電体がたわみ変形した場合の図３（ａ）におけるＡ−Ａ概略断面図。 圧電体がたわみ変形した場合の図３（ａ）におけるＢ−Ｂ概略部分断面図。 第２実施形態におけるインクジェット式記録ヘッドの概略を示す分解斜視図。 （ａ）は、インクジェット式記録ヘッドの概略部分平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ概略断面図。 圧電体がたわみ変形した場合の図８（ａ）におけるＣ−Ｃ概略断面図。 第１の圧電素子および第２の圧電素子の駆動波形を示す図。 第３実施形態におけるインクジェット式記録ヘッドの概略を示す分解斜視図。 （ａ）は、インクジェット式記録ヘッドの概略部分平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ概略断面図。 インクジェット式記録ヘッドの図１２（ａ）におけるＥ−Ｅ概略部分断面図。 圧電素子がたわみ変形した場合の図１２（ａ）におけるＤ−Ｄ概略断面図。 圧電素子がたわみ変形した場合の図１２（ａ）におけるＥ−Ｅ概略部分断面図。 （ａ）は、変形例におけるインクジェット式記録ヘッドの図３（ａ）におけるＢ−Ｂ概略部分断面図、（ｂ）は、圧電体がたわみ変形した場合の図３（ａ）におけるＢ−Ｂ概略部分断面図。

以下、実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は、本実施形態における液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置１０００の一例を示す概略図である。インクジェット式記録装置１０００は、記録媒体である記録シートＳに液体としてのインクを噴射して記録を行う装置である。
図１において、インクジェット式記録装置１０００は、液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド１を有する記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂを備えている。記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂには、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａおよび２Ｂが着脱可能に設けられている。
ここで、インクジェット式記録ヘッド１は、記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂの記録シートＳと対向する側に設けられており、図１においては図示されていない。

記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物およびカラーインク組成物を吐出するものである。

そして、駆動モーター６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動する。
一方、装置本体４にはキャリッジ３に沿ってプラテン８が設けられている。このプラテン８は図示しない紙送りモーターの駆動力により回転できるようになっており、給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。

以下、図２、図３および図４を参照して、インクジェット式記録ヘッド１について詳細に説明する。
図２は、インクジェット式記録ヘッド１の概略を示す分解斜視図であり、図３（ａ）は、インクジェット式記録ヘッド１の概略部分平面図、図３（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ概略断面図である。また、図４には、図３（ａ）におけるＢ−Ｂ概略部分断面図を示した。

図２、図３および図４において、インクジェット式記録ヘッド１は、流路形成基板１０とノズルプレート２０と保護基板３０とを備えている。
流路形成基板１０は、例えば、面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方面には予め熱酸化により形成した酸化シリコンからなる、厚さ０．５０μｍ〜２．００μｍの弾性膜５０が形成されている。

シリコン単結晶基板を、弾性膜５０が形成された面に対向する面側から異方性エッチングすることにより、この流路形成基板１０には、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が複数並設されている。このとき、弾性膜５０はエッチングストッパーとして働く。
また、圧力発生室１２の並設方向（幅方向でＹ軸方向とする）とは直交する方向（長手方向でＸ軸方向とする）の一方の端部の外側には、保護基板３０の後述するリザーバー部３２と連通される連通部１３が形成されている。また、この連通部１３は、各圧力発生室１２の長手方向一端部とそれぞれ液体供給路としてのインク供給路１４を介して連通されている。

流路形成基板１０の弾性膜５０が形成された面に対向する面側には、圧力発生室１２を形成する際のマスク膜５１が設けられており、このマスク膜５１上には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。

インク供給路１４は、弾性膜５０と流路形成基板１０の一部である隔壁１１とノズルプレート２０に囲まれて構成されている。
ノズルプレート２０には、突起部としての流量調節部１４０が形成されている。流量調節部１４０は、流路形成基板１０とノズルプレート２０とを組み合わせた際に、インク供給路１４中に配置される。したがって、流量調節部１４０は、インク供給路１４の流路断面積を決める。
流量調節部１４０は、ノズルプレート２０と一体で形成されていてもよいし、別部材で設けられていてもよい。

流量調節部１４０と弾性膜５０との間には、距離ｄ１の間隔が設けられ、流量調節部１４０と隔壁１１との間には、距離ｄ２の間隔が設けられている。
距離ｄ１の間隔および距離ｄ２の間隔は、圧力発生室１２の容積等によって決められる。例えば、圧力発生室１２の容積が７００μｍ（Ｘ軸方向の長さ）×５８μｍ（Ｙ軸方向の長さ）×７０μｍ（Ｘ軸およびＹ軸に直交する方向の長さ）の場合、Ｘ軸方向のインク供給路１４の長さが１０μｍ〜２０μｍとして、距離ｄ１は１μｍ〜４μｍで、距離ｄ２は１μｍ〜４μｍが好ましい。
距離ｄ１および距離ｄ２をそれぞれ２μｍとすると、インク供給路１４の流路断面積は、２×（２μｍ×（７０μｍ−２μｍ）＋（２μｍ×５８μｍ）＝３８８μｍ程度となる。

一方、流路形成基板１０のノズルプレート２０が固着された側とは反対側の弾性膜５０の上には、厚さが例えば、約０．４０μｍの絶縁体膜５５が形成され、この絶縁体膜５５上には、厚さが例えば、約０．２０μｍの下電極６０と、平均の厚さが例えば、約０．８０μｍの圧電体７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの上電極８０とが積層形成されて、圧電素子３００を構成している。

なお、圧電素子３００とは、下電極６０、圧電体７０および上電極８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００のいずれか一方の電極を共通電極とし、他方の電極および圧電体７０を圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされたいずれか一方の電極および圧電体７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。いずれの場合においても、圧力発生室１２毎に圧電体能動部が形成されていることになる。

本実施形態では、弾性膜５０および絶縁体膜５５が振動板５６として作用し、圧電素子３００の駆動により変形が生じる。振動板５６は、圧力発生室１２からインク供給路１４にわたって一体で形成されている。
また、ここでは、圧電素子３００と圧電素子３００の駆動により変形が生じる部分を含む振動板５６とを合わせてアクチュエーター装置３１０と称する。
ここで、下電極６０だけで振動板を構成してもよい。この場合、圧電素子３００がアクチュエーター装置となる。

振動板５６を構成する弾性膜５０および絶縁体膜５５は、酸化シリコンのほかに、例えば、酸化ジルコニウムまたは酸化アルミニウムから選ばれる少なくとも一種の層、またはこれらの層の積層体とすることができる。
振動板５６を構成する弾性膜５０および絶縁体膜５５は、スパッタ法、真空蒸着、ＣＶＤ法などの方法で形成することができる。

振動板５６は、圧電素子３００が駆動することによって振動する機能を有する。振動板５６は、圧電素子３００の動作によって変形し、圧力発生室１２の容積を変化させる。インクが充填された圧力発生室１２の容積が小さくなれば、圧力発生室１２内部の圧力が大きくなり、ノズルプレート２０のノズル開口２１よりインク滴が噴射される。

圧電素子３００は、圧力発生室１２の一部を構成する振動板５６の部分からインク供給路１４の一部を構成する振動板５６にわたって一体で形成されている。具体的には、振動板５６をはさんで、流量調節部１４０と対向する部分まで形成されている。

下電極６０の材質は、導電性を有する限り特に限定されず、例えばニッケル、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（例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、ランタンとニッケルの複合酸化物などを用いることができる。
下電極６０は、弾性膜５０および絶縁体膜５５上の全面に、スパッタ法、真空蒸着、ＣＶＤ法などの方法で導電体の層を形成した後、フォトリソグラフィー等によりパターニングして形成することができる。また、下電極６０は、印刷法などのパターニングが不要な方法によって形成してもよい。
下電極６０の厚みは、例えば０．１０μｍ〜０．３０μｍとすることができる。また、下電極６０は、前述の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。

下電極６０は、上電極８０と対になり、圧電体７０を挟む一方の電極として機能する。下電極６０は、例えば、複数の圧電素子３００の共通電極とすることができる。下電極６０は、図示しない外部回路である駆動回路と電気的に接続されている。

圧電体７０としては、一般式ＡＢＯ₃で示されるペロブスカイト型酸化物を好適に用いることができる。具体的には、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃）（以下、「ＰＺＴ」と略す。）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ₃）（以下、「ＰＺＴＮ（登録商標）」と略すことがある。）、およびチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ₃）などが挙げられる。
圧電体７０は、下電極６０と上電極８０とによって電圧が印加されることで伸縮変形し、機械的な出力を行うことができる。圧電体７０の材質としては、ＰＺＴおよびＰＺＴＮ（登録商標）が、圧電性能が特に良好であるためより好ましい。

圧電体７０は、ゾルゲル法やＣＶＤ法などによって形成することができる。ゾルゲル法においては、原料溶液塗布、予備加熱、結晶化アニールの一連の作業を複数回繰り返して所定の膜厚にしてもよい。
例えば、ＰＺＴを形成する場合は、Ｐｂ，Ｚｒ，Ｔｉを含むゾルゲル溶液を用いて、スピンコート法、印刷法などにより形成することができる。圧電体７０の厚みは、０．５０μｍ〜１．５０μｍとすることができる。

上電極８０の材質は、下電極６０と同様に、例えばニッケル、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（例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、ランタンとニッケルの複合酸化物などを用いることができる。
上電極８０は、スパッタ法、真空蒸着等とフォトリソ工程を用いて形成することができる。上電極８０の厚みは、例えば０．０５μｍ〜０．５０μｍとすることができる。

図２および図３において、圧電素子３００には、上電極８０に電気的にリード電極９０が接続されている。例えば、リード電極９０は、上電極８０と電気的に接続し延出して設けることができる。
圧電素子３００が保護膜を有する場合は、保護膜にスルーホールを形成し、上電極８０とリード電極９０とを接続してもよい。

流路形成基板１０の圧電素子３００側には、圧電素子３００に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が接着剤を介して接合されている。圧電素子３００は、この圧電素子保持部３１内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。
なお、圧電素子保持部３１は、空間が密封されていてもよいし密封されていなくてもよい。

また、保護基板３０には、リザーバー部３２が設けられている。このリザーバー部３２は、流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバー１００を構成している。
また、保護基板３０のリード電極９０が設けられた領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０は、その端部近傍が貫通孔３３内で露出されている。
延出されたリード電極９０は、貫通孔３３を介して図示しない回路素子等に接続されている。

さらに、このような保護基板３０上には、封止膜４１および固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料で形成される。この固定板４２のリザーバー１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバー１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。

例えば、インクジェット式記録ヘッド１、圧電素子３００およびアクチュエーター装置３１０は、ウェーハー状態で圧電体７０、上電極８０、リード電極９０等の形成を行い、最終的にウェーハー状態から分割することによって、複数のインクジェット式記録ヘッド１、圧電素子３００およびアクチュエーター装置３１０として得ることができる。

図５に、圧電体７０を含む圧電素子３００が各圧力発生室１２方向にたわみ変形した場合の図３（ａ）におけるＡ−Ａ概略断面図を、図６に図３（ａ）におけるＢ−Ｂ概略部分断面図を示した。なお、たわみ変形の様子は、誇張して描かれている。
図示しない駆動回路からの駆動信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極６０と上電極８０との間に駆動電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、下電極６０および圧電体７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が噴射する。
このとき、圧電体７０のたわみ変形により流量調節部１４０と弾性膜５０との間の間隔が狭まり、流量調節部１４０と弾性膜５０とが接触するか、距離ｄ１が短くなる。図５および図６では、距離ｄ１が短くなる場合が描かれている。

また、圧電体７０を含む圧電素子３００のたわみ変形がもどるとき、インクジェット式記録ヘッド１では、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバー１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たす。
このとき、圧電体７０を含む圧電素子３００のたわみ変形により流量調節部１４０とインク供給路１４を形成する弾性膜５０との間の間隔の距離ｄ１は広がり、元の値に戻る。

以上に述べた実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）圧力発生室１２の容積を、振動板５６を介して変化させる圧電素子３００が、インク供給路１４の流路断面積を、振動板５６を介して変化させるので、圧力発生室１２の容積の変化に応じてインク供給路１４の流路断面積を変化させることができ、リザーバー１００と圧力発生室１２との間を流れるインクの流量を調節することができる。したがって、圧力発生室１２に充填されたインクを圧力発生室１２と連通したノズル開口２１から噴射する際に、インク供給路１４を通じてリザーバー１００に戻るインクの量を減少させることができ、インクの噴射量を確保でき、噴射特性の低下を抑えたインクジェット式記録ヘッド１を得ることができる。

（２）圧力発生室１２およびインク供給路１４が少なくとも同じ部材である流路形成基板１０およびノズルプレート２０によって構成されている。したがって、圧力発生室１２とインク供給路１４とを連続して形成でき、流路形成基板１０およびノズルプレート２０の形状によって、インク供給路１４の流路断面積の調節ができるインクジェット式記録ヘッド１を得ることができる。

（３）ノズルプレート２０の流量調節部１４０によって、インク供給路１４の流路断面積が決められるので、流量調節部１４０によって流路断面積の調節ができるインクジェット式記録ヘッド１を得ることができる。

（４）振動板５６および圧電素子３００が一体で形成されているので構造を簡単にでき、圧電素子３００の制御の容易なインクジェット式記録ヘッド１を得ることができる。

（５）前述の効果を有するインクジェット式記録装置１０００を得ることができる。

（第２実施形態）
図７に、本実施形態におけるインクジェット式記録ヘッド１０２の概略を示す分解斜視図を、図８（ａ）は、インクジェット式記録ヘッド１０２の概略部分平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ概略断面図を示した。第１実施形態と同じ構成要素には同符号を付した。

第１実施形態とは、圧電素子３００およびアクチュエーター装置３１０の構成、保護基板３０の構造が異なる。
本実施形態の圧電素子は、第１の圧電素子３０１と第２の圧電素子３０２とを備え、アクチュエーター装置は、第１のアクチュエーター装置３１１と第２のアクチュエーター装置３１２とを備えている。

振動板５６は、第１実施形態と同様に形成されている。第１のアクチュエーター装置３１１は、第１の圧電素子３０１と第１の圧電素子３０１の駆動により変形が生じる部分を含む振動板５６とを備え、第２のアクチュエーター装置３１２は、第２の圧電素子３０２と第２の圧電素子３０２の駆動により変形が生じる部分を含む振動板５６とを備えている。
第１の圧電素子３０１は、圧力発生室１２の一部を形成する振動板５６の部分まで形成され、間隔３５０を空けて、第２の圧電素子３０２が、流量調節部１４０と対向する振動板５６の部分に形成されている。

第１の圧電素子３０１は、下電極６１と圧電体７１と上電極８１とを備えている。また、第２の圧電素子３０２は、下電極６２と圧電体７２と上電極８２とを備えている。下電極６１，６２、圧電体７１，７２および上電極８１，８２は、それぞれ、第１実施形態における下電極６０、圧電体７０および上電極８０と同様の材料を用いることができ、同様の方法で形成することができる。

上電極８１にはリード電極９１が設けられ、貫通孔３３を通して、外部の図示しない駆動回路に接続される。
一方、上電極８２にはリード電極９２が設けられ、保護基板３０に形成された貫通孔３４を通して、外部の図示しない駆動回路に接続される。

図９に、第１の圧電素子３０１および第２の圧電素子３０２が、各圧力発生室１２方向にたわみ変形した場合の図８（ａ）におけるＣ−Ｃ概略断面図を示した。なお、たわみ変形の様子は、第１実施形態と同様に誇張して描かれている。
図示しない駆動回路からの駆動信号に従い、第１の圧電素子３０１および第１のアクチュエーター装置３１１と第２の圧電素子３０２および第２のアクチュエーター装置３１２とは別々に駆動する。
図９において、第２の圧電素子３０２のたわみ変形により流量調節部１４０とインク供給路１４を形成する弾性膜５０との間の間隔が狭まり、流量調節部１４０と弾性膜５０とが接触するか、距離ｄ１が短くなる。図９では、流量調節部１４０と弾性膜５０とが接触する場合が描かれている。

例えば、図１０は、第１の圧電素子３０１および第１のアクチュエーター装置３１１、第２の圧電素子３０２および第２のアクチュエーター装置３１２の駆動波形を示す図である。（ａ）は、第１の圧電素子３０１および第１のアクチュエーター装置３１１の駆動波形を、（ｂ）は、第２の圧電素子３０２および第２のアクチュエーター装置３１２の駆動波形を示している。ここで、横軸が時刻ｔを、縦軸が駆動電圧Ｖを表している。

図１０において、第１の圧電素子３０１および第１のアクチュエーター装置３１１が駆動し始める時刻ｔａ₁より前の時刻ｔｂ₁に、第２の圧電素子３０２および第２のアクチュエーター装置３１２が駆動し始める。したがって、流量調節部１４０の流路断面積が小さくなる。
インク滴の噴射は、流量調節部１４０の流路断面積が小さくなった後、第１の圧電素子３０１および第１のアクチュエーター装置３１１が駆動し始める時刻ｔａ₁から始まり、さほど時間が経過しないで終了する。

一方、第２の圧電素子３０２および第２のアクチュエーター装置３１２の駆動の終わりの時刻ｔｂ₂は、第１の圧電素子３０１および第１のアクチュエーター装置３１１の駆動が終了する時刻ｔａ₂より前か同時が好ましい。
圧電体７１のたわみ変形が戻って、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込む時に、圧電体７２のたわみ変形がもどって、図９で示した流量調節部１４０と弾性膜５０との間の間隔の距離ｄ１が元の値に戻ってインクを取り込むのに必要なインク供給路１４が確保されていればよい。

以上に述べた第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加え、以下の効果が得られる。
（６）圧電素子が、圧力発生室１２の容積を変化させる第１の圧電素子３０１と、インク供給路１４の流路断面積を変化させる第２の圧電素子３０２とに分かれている。それぞれの圧電素子によって、容積と流路断面積とを分けて制御ができ、リザーバー１００と圧力発生室１２との間を流れるインクの流量をより好適に調節することができる。したがって、圧力発生室１２に充填されたインクを圧力発生室１２と連通したノズル開口２１から噴射する際に、インク供給路１４を通じてリザーバー１００に戻るインクの量をより減少させることができ、インクの噴射量がより確保でき、噴射特性の低下をより抑えたインクジェット式記録ヘッド１０２を得ることができる。

（第３実施形態）
図１１に、本実施形態におけるインクジェット式記録ヘッド１０３の概略を示す分解斜視図を、図１２（ａ）は、インクジェット式記録ヘッド１０３の概略部分平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ概略断面図を示した。また、図１３には、図１２（ａ）におけるＥ−Ｅ概略部分断面図を示した。第１実施形態と同じ構成要素には同符号を付した。

第１実施形態とは、インク供給路１４の形状が異なり、流量調節部１４０を使用しない点が異なる。また、圧電素子３００およびアクチュエーター装置３１０の代わりに、第１の圧電素子３０３および第１のアクチュエーター装置３１３を備え、第２の圧電素子３０４および第２のアクチュエーター装置３１４がノズルプレート２０に設けられている点が異なる。また第２の圧電素子３０４は簡略化して記載されているが、第１の圧電素子と同様に、圧電体の上下を電極で挟んだ構造をしている。

図１１、図１２および図１３において、第１のアクチュエーター装置３１３は、第１の圧電素子３０３と第１の圧電素子３０３の駆動により変形が生じる部分を含む第１の振動板としての振動板５６とを備えている。また、第１の圧電素子３０３は、下電極６３と圧電体７３と上電極８３とを備えている。
また、上電極８３には、リード電極９３が設けられ、保護基板３０に形成された貫通孔３５を通して、外部の図示しない駆動回路に接続される。

圧力発生室１２と連通部１３とは、インク供給路１４１で連結されている。インク供給路１４１は、流路形成基板１０のノズルプレート２０側の面が深さｄ３の溝形状に加工され、ノズルプレート２０によって蓋をされることによって構成されている。ここで、ノズルプレート２０とインク供給路１４１を構成する溝の底との距離をｄ３とする。

また、インク供給路１４１を構成するノズルプレート２０の部分は、凹部２２が形成されて薄くなっており、この部分は第２の振動板２３となっている。第２の振動板２３には、第２の圧電素子３０４が設けられ、第２の振動板２３と第２の圧電素子３０４とで第２のアクチュエーター装置３１４を構成している。

図１４に、第２の圧電素子３０４がインク供給路１４１方向にたわみ変形した場合の図１２（ａ）におけるＤ−Ｄ概略断面図を、図１５に図１２（ａ）におけるＥ−Ｅ概略部分断面図を示した。なお、たわみ変形の様子は、第１実施形態と同様に誇張して描かれている。
図１４および図１５において、第２の圧電素子３０４がインク供給路１４１方向にたわみ変形すると、ノズルプレート２０とインク供給路１４１を構成する溝の底との間隔が狭まり、ノズルプレート２０とインク供給路１４１を構成する溝の底とが接触するか、距離ｄ３が短くなる。図１４および図１５では、距離ｄ３が短くなる場合が描かれている。

第１の圧電素子３０３および第１のアクチュエーター装置３１３、第２の圧電素子３０４および第２のアクチュエーター装置３１４の駆動波形は、第２実施形態で説明した駆動波形を用いることができる。

以上に述べた本実施形態によれば、第２実施形態の効果に加え、以下の効果が得られる。
（７）第１の圧電素子３０３に対応し、圧力発生室１２の一部を構成する振動板５６に加え、第２の圧電素子３０４に対応し、振動板５６とは異なる第２の振動板２３をノズルプレート２０に備えているので、インク供給路１４１の流路断面積を変化させる第２の圧電素子３０４の振動特性に応じた第２の振動板２３が使用できる。したがって、圧力発生室１２に充填されたインクを圧力発生室１２と連通したノズル開口２１から噴射する際に、インク供給路１４１を通じてリザーバー１００に戻るインクの量をより減少させることができ、インクの噴射量がより確保でき、噴射特性の低下をより抑えたインクジェット式記録ヘッド１０３を得ることができる。

（変形例）
変形例は、インク供給路１４に相当する隔壁１１にスリット１１０が形成されている以外は、第１実施形態と同様の構成である。
図１６（ａ）に、変形例におけるインクジェット式記録ヘッド１０４の図３（ａ）におけるＢ−Ｂ断面に相当する概略部分断面図を、（ｂ）に、変形例において、圧電体７０および圧電素子３００が各圧力発生室１２方向にたわみ変形した場合の図３（ａ）におけるＢ−Ｂ断面に相当する概略部分断面図を示した。第１実施形態と同じ構成要素には同符号を付した。なお、たわみ変形の様子は、第１実施形態と同様に誇張して描かれている。

図１６（ａ）および（ｂ）において、流量調節部１４０の両側の隔壁１１にはスリット１１０が形成されている。ここで、スリット１１０は、隔壁１１の弾性膜５０が接する側から形成されている。
図１６（ｂ）において、圧電体７０および圧電素子３００が、各圧力発生室１２方向にたわみ変形すると、流量調節部１４０とインク供給路１４を形成する弾性膜５０との間の間隔が狭まり、流量調節部１４０と弾性膜５０とが接触するか、距離ｄ１が短くなる。図では、流量調節部１４０と弾性膜５０とが接触する場合が描かれている。
変形例では、加えて、圧電体７０および圧電素子３００のたわみ変形により、スリット１１０で分けられた隔壁１１も変形し、流量調節部１４０と隔壁１１との間の距離ｄ２も一部短くなる。

以上に述べた変形例によれば、第１実施形態の効果に加え、以下の効果が得られる。
（８）圧電体７０および圧電素子３００のたわみ変形により、距離ｄ１が短くなるとともに、流量調節部１４０と隔壁１１との間の距離ｄ２も一部短くなり、インク供給路１４の流路断面積の変化幅をより大きくできる。したがって、圧力発生室１２に充填されたインクを圧力発生室１２と連通したノズル開口２１から噴射する際に、インク供給路１４を通じてリザーバー１００に戻るインクの量をより減少させることができ、インクの噴射量をより確保でき、噴射特性の低下をより抑えたインクジェット式記録ヘッド１０４を得ることができる。

上述した実施形態および変形例以外にも、種々の変更を行うことが可能である。
例えば、第３実施形態において、インク供給路の形状を、流量調節部１４０を使用して第１実施形態に示したインク供給路１４の形状としてもよい。この場合、第２の圧電素子３０４および第２のアクチュエーター装置３１４を、ノズルプレート２０の流量調節部１４０が形成された場所に第２の振動板２３を介して設ける。

また、上述した実施形態および変形例では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも勿論適用できる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。

１，１０２，１０３，１０４…液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド、１０…流路形成基板、１２…圧力発生室、１４，１４１…液体供給路としてのインク供給路、２０…ノズルプレート、２１…ノズル開口、２３…第２の振動板、５６…振動板、１００…リザーバー、１４０…突起部としての流量調節部、３００…圧電素子、３０１，３０３…第１の圧電素子、３０２，３０４…第２の圧電素子、１０００…液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置。

Claims (7)

1. 液体を噴射するノズル開口に連通した圧力発生室と、
   前記圧力発生室と前記液体を貯蔵するリザーバーとに連通した液体供給路と、
   前記圧力発生室の容積および前記液体供給路の流路断面積を、振動板を介して変化させる圧電素子とを備えた
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 請求項１に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   前記圧力発生室および前記液体供給路は、少なくとも流路形成基板および前記ノズル開口の設けられているノズルプレートで構成されている
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
3. 請求項２に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   前記ノズルプレートは、前記液体供給路の前記流路断面積を決める突起部を備えている
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
4. 請求項２または請求項３に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   前記振動板および前記圧電素子は、前記圧力発生室と前記液体供給路とにわたって一体で形成されている
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
5. 請求項２または請求項３に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   前記圧電素子は、前記圧力発生室の前記容積を変化させる第１の圧電素子と、
   前記液体供給路の前記流路断面積を変化させる第２の圧電素子とを備えている
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
6. 請求項５に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   前記振動板は、第１の振動板と第２の振動板とを備え、
   前記第１の振動板は、前記圧力発生室の一部を構成し、前記第１の圧電素子は前記第１の振動板に設けられ、
   前記第２の振動板は、前記ノズルプレートの一部を構成し、前記第２の圧電素子は前記第２の振動板の面のうち前記流路基板の逆側に設けられている
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドを備えた
   ことを特徴とする液体噴射装置。

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