WO2016121849A1 - 液体吐出ヘッドおよびインクジェットプリンタ - Google Patents

液体吐出ヘッドおよびインクジェットプリンタ Download PDF

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松田　伸也
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コニカミノルタ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a liquid discharge head for discharging a liquid such as an ink droplet and an ink jet printer.
  • Inkjet printers that include a plurality of channels for ejecting ink and output a two-dimensional image by controlling ink ejection while moving relatively with respect to a recording medium such as paper or cloth are known .
  • a pressure method using various actuators such as a piezoelectric actuator, an electrostatic actuator, or an actuator using thermal deformation, a thermal method for generating bubbles by heat, and the like are known.
  • the liquid discharge head provided in such an ink jet printer is configured such that the ink supplied from the ink supply source is distributed from the common chamber to each pressure chamber and reaches the discharge port.
  • the pressure chamber is pressurized by an actuator or the like, ink is ejected from the ejection port.
  • a pressure wave generated when the pressure chamber is pressurized propagates through the common chamber to another pressure chamber communicating with the common chamber, and pressure fluctuation is induced in the pressure chamber.
  • this pressure fluctuation is induced, the ink ejection characteristics in the pressure chamber change and ejection failure occurs.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-95725
  • Patent Document 2 JP-A-2006-198903
  • Patent Document 3 JP-A-2007-313761
  • a recess is formed in the reinforcing plate positioned outside the wall portion so that a part of the wall portion defining the common chamber can be bent and deformed outward. Is provided.
  • a part of the wall portion that defines the common chamber is configured by a flexible ink plate.
  • a part of the wall part defining the common chamber is formed so as to be deformable, and a viscoelastic material is provided so as to be in contact with the deformable part.
  • the pressure chamber is in a negative pressure state after ink is ejected from the ejection port.
  • Bubbles may be generated by cavitation. Specifically, when the pressure in the pressure chamber is smaller than the saturated vapor pressure of the ink, minute bubble nuclei are generated, and these nuclei grow into bubbles. If this bubble exists in the pressure chamber, ink cannot be ejected from the ejection port due to nozzle clogging or pressure loss, resulting in an image defect.
  • Patent Document 4 a thin layer of a material having a lower elastic coefficient than the piezoelectric material constituting the actuator plate is formed on a part of the wall of the ink liquid chamber corresponding to the pressure chamber. The peak of the negative pressure formed after ink discharge is attenuated.
  • JP 2006-95725 A Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-198903 JP 2007-313761 A JP-A-7-304171
  • Patent Document 4 since it is affected by a thin layer both during pressurization and during depressurization, the drive pressure itself also decreases, and high output of the actuator cannot be realized.
  • the bubble generation frequency is determined by the physical properties of the ink, the volume of the pressure chamber, the magnitude of the negative pressure, the fluctuation speed of the negative pressure, and the like.
  • high speed and high resolution have been developed for commercial inkjet printers. To achieve these, it is necessary to increase the output of the actuator.
  • Accelerating an inkjet printer increases the drive frequency of the liquid ejection head and increases the pressure fluctuation. Further, in order to quickly dry the ejected ink on the recording medium, it is desirable to increase the viscosity of the ink, thereby increasing the pressure required to eject the ink.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a liquid discharge head and an inkjet printer that suppress the generation of bubbles in the pressure chamber while maintaining high output. is there.
  • a liquid discharge head pressurizes a discharge port for discharging a liquid, a pressure chamber communicating with the discharge port, and the pressure chamber, and discharges the liquid stored in the pressure chamber from the discharge port.
  • Including a portion having different vibration characteristics in a decompressed state where the pressure chamber is decompressed by stopping the pressurization to the chamber, and the portion having the different vibration characteristics includes the pressure chamber in the decompressed state. It is configured to relieve pressure fluctuations.
  • An inkjet printer includes the above-described liquid discharge head, and performs printing by discharging liquid from the liquid discharge head toward a recording medium.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an inkjet printer according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a top view of the liquid discharge head shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III shown in FIG.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a liquid flow path formed in the liquid discharge head illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing one channel formed in the liquid ejection head shown in FIG. 1.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI shown in FIG. 5.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a pressurized state in which a pressure chamber of the liquid ejection head illustrated in FIG. 1 is pressurized.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an inkjet printer according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a top view of the liquid discharge head shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III shown in FIG.
  • FIG. 2 is a
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a decompressed state in which a pressure chamber of the liquid ejection head illustrated in FIG. 1 is decompressed.
  • A is a figure which shows the time change of the drive voltage applied to a piezoelectric element, when the liquid discharge head shown in FIG. 1 discharges a liquid.
  • B is a figure which shows the time change of the pressure in a pressure chamber when the liquid discharge head shown in FIG. 1 discharges a liquid, and the mode in a pressure chamber in each pressure state. It is sectional drawing of the liquid discharge head in a comparative example.
  • (A) is a figure which shows the time change of the drive voltage applied to a piezoelectric element, when the liquid discharge head shown in FIG. 10 discharges a liquid.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a first step in a manufacturing process of the liquid ejection head shown in FIG. 1.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a second step in the manufacturing process of the liquid ejection head shown in FIG. 1.
  • FIG. 10 is a diagram showing a third step of the manufacturing process of the liquid ejection head shown in FIG. 1.
  • FIG. 10 is a diagram showing a fourth step of the manufacturing process of the liquid ejection head shown in FIG. 1.
  • FIG. 10 is a diagram showing a fifth step of the manufacturing process of the liquid ejection head shown in FIG. 1.
  • FIG. 10 is a diagram showing a sixth step of the manufacturing process of the liquid ejection head shown in FIG. 1.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a decompressed state in which a pressure chamber of a liquid ejection head according to Embodiment 2 is decompressed.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a liquid ejection head according to Embodiment 3. It is a figure which shows the pressure_reduction
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a nozzle plate of a liquid ejection head according to Embodiment 4.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a nozzle plate of a liquid ejection head according to a fifth embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a nozzle plate of a liquid ejection head according to a sixth embodiment.
  • FIG. 10 illustrates a nozzle plate of a liquid ejection head according to a seventh embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a nozzle plate of a liquid ejection head according to an eighth embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an ink jet printer according to the present embodiment. An ink jet printer 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
  • the inkjet printer 1 includes an inkjet head unit 2, a feed roll 3, a take-up roll 4, back rolls 5 a and 5 b, an intermediate tank 6, a liquid feed pump 7, and a storage tank 8. , A fixing device 9, a liquid discharge head 10, and piping lines 6T and 7T.
  • the delivery roll 3 feeds the recording medium P in the direction indicated by the arrow AR.
  • the recording medium P is, for example, printing paper or cloth.
  • the take-up roll 4 takes up the recording medium P that is fed from the feed roll 3 and on which an image is formed in the inkjet head unit 2.
  • the back rolls 5 a and 5 b are provided between the feeding roll 3 and the take-up roll 4.
  • the ink stored in the storage tank 8 is supplied to the intermediate tank 6 through the liquid feed pump 7 and the piping line 7T.
  • the ink stored in the intermediate tank 6 is supplied from the intermediate tank 6 to the liquid ejection head 10 through the piping line 6T.
  • the liquid ejection head 10 ejects ink toward the recording medium P in the inkjet head unit 2.
  • the fixing device 9 fixes the ink supplied on the recording medium P to the recording medium P. In the inkjet printer 1, an image can be formed on the recording medium P as described above.
  • FIG. 2 is a top view of the liquid discharge head shown in FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III shown in FIG.
  • FIG. 4 is a view showing a liquid flow path formed in the liquid discharge head shown in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing one channel formed in the liquid ejection head shown in FIG. With reference to FIGS. 2 to 5, the liquid ejection head 10 according to the present embodiment will be described.
  • the liquid ejection head 10 includes a substrate 20, a nozzle plate 30, a plurality of piezoelectric elements 40, and an ink supply unit 50.
  • the substrate 20 is a member serving as a base for forming a liquid flow path therein, laminating the piezoelectric elements 40, joining the nozzle plate 30, and joining the ink supply unit 50.
  • the liquid discharge head 10 is configured such that a plurality of channels are arranged in two rows.
  • the substrate 20 has a substantially rectangular shape in plan view.
  • the substrate 20 includes a portion that becomes a pressure chamber 28a, a communication passage 28b, a common chamber 28c, and a sub chamber 28d by being joined to the nozzle plate 30, and has an ink supply hole 29 for supplying ink to the common chamber 28c. Including.
  • a plurality of pressure chambers 28a are formed.
  • the plurality of pressure chambers 28a are arranged in a staggered manner. Specifically, the plurality of pressure chambers 28a arranged in a row along the longitudinal direction of the substrate 20 are arranged in two rows in the short direction of the substrate 20, and the plurality of pressure chambers 28a constituting the first row. Are arranged alternately with the plurality of pressure chambers 28a constituting the second row.
  • Two common chambers 28c are formed.
  • the two common chambers 28 c are provided so as to sandwich the plurality of pressure chambers 28 a in the lateral direction of the substrate 20.
  • the two common chambers 28 c are provided so as to extend in the longitudinal direction of the substrate 20.
  • One of the two common chambers 28c communicates with each of the plurality of pressure chambers 28a constituting the first row via the communication path 28b.
  • the other common chamber 28c communicates with each of the plurality of pressure chambers 28a constituting the second row via the communication path 28b.
  • the sub chamber 28d is provided at the tip of the pressure chamber 28a.
  • the sub chamber 28d is provided on the side opposite to the side where the communication path 28b is located.
  • the sub chamber 28d connects the pressure chamber 28a and the nozzle hole 34 as will be described later.
  • the substrate 20 includes a body portion 21 and a vibration layer 25.
  • the configurations of the body portion 21 and the vibration layer 25 will be described later with reference to FIGS. 5 and 6.
  • the nozzle plate 30 includes a plurality of nozzle holes 34.
  • the plurality of nozzle holes 34 are arranged in a staggered manner corresponding to the plurality of pressure chambers 28a.
  • Each of the plurality of nozzle holes 34 communicates with each pressure chamber 28a via the sub chamber 28d.
  • the plurality of nozzle holes 34 function as ejection openings for ejecting ink droplets.
  • the plurality of piezoelectric elements 40 are provided in a one-to-one relationship with the plurality of pressure chambers 28a.
  • the piezoelectric element 40 is provided so that the vibration layer 25 is sandwiched between the piezoelectric element 40 and the pressure chamber 28a.
  • the piezoelectric element 40 pressurizes the pressure chamber 28 a and discharges ink stored in the pressure chamber 28 a from the nozzle hole 34.
  • the configuration of the piezoelectric element 40 will be described later with reference to FIGS.
  • the ink supply unit 50 includes a cylindrical part 51 and an ink introduction path 52.
  • the cylindrical part 51 has a substantially cylindrical shape, for example.
  • the ink introduction path 52 is defined by the inner peripheral surface of the cylindrical portion 51.
  • the ink introduction path 52 communicates with an ink supply hole 29 provided in the vibration layer 25 of the substrate 20.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing one channel formed in the liquid ejection head shown in FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI shown in FIG.
  • the channel provided in the liquid discharge head is a portion for discharging ink and is a portion corresponding to one pressure chamber 28a.
  • the channel includes the substrate 20 including the body portion 21 and the vibration layer 25, the piezoelectric element 40 disposed on the substrate 20, the connection portion 44 and the wiring portion 45, the nozzle plate 30, and the pressure.
  • the chamber 28a, the communication path 28b, the common chamber 28c, and the sub chamber 28d are comprised.
  • the body portion 21 includes a body substrate 22 and insulating films 23 and 24.
  • Body substrate 22 is formed of, for example, silicon.
  • the insulating films 23 and 24 are made of, for example, silicon oxide (SiO 2 ).
  • the insulating films 23 and 24 are provided on both main surfaces of the body substrate 22.
  • the vibration layer 25 is provided so as to straddle the pressure chamber 28a, the communication path 28b, the common chamber 28c, and the sub chamber 28d. Thereby, the vibration layer 25 constitutes the upper wall of the pressure chamber 28a, the communication path 28b, the common chamber 28c, and the sub chamber 28d.
  • the vibration layer 25 partially vibrates due to expansion and contraction of the plurality of piezoelectric elements 40 provided so as to correspond to the plurality of pressure chambers 28a.
  • the vibration layer 25 has a driven plate 26 and an insulating film 27.
  • the driven plate 26 is made of, for example, silicon.
  • the insulating film 27 is made of silicon oxide.
  • the insulating film 27 is provided on the main surface of the driven plate 26 located on the side opposite to the side where the body portion 21 is located.
  • the piezoelectric element 40, the connection part 44, and the wiring part 45 are provided on the main surface of the vibration layer 25 located on the side opposite to the side where the body part 21 is located.
  • the piezoelectric element 40 is provided above the pressure chamber 28a.
  • the connecting portion 44 is provided above the sub chamber 28d.
  • the wiring part 45 is provided above the body substrate 22.
  • the piezoelectric element 40, the connection portion 44, and the wiring portion 45 are configured by laminating the lower electrode 43, the piezoelectric body 42, and the upper electrode 41 in this order.
  • the lower electrode 43 is provided on the main surface of the vibration layer 25 located on the side opposite to the side where the body portion 21 is located.
  • the lower electrode 43 is formed of a metal layer made of titanium, a platinum layer, or the like.
  • the piezoelectric body 42 is provided on the main surface of the lower electrode 43 located on the side opposite to the side where the insulating film 27 is located.
  • the piezoelectric body 42 is formed of a perovskite-type metal oxide such as barium titanate (BaTiO 3 ) or lead zirconate titanate (Pb (Ti / Zr) O 3 ).
  • the upper electrode 41 is provided on the main surface of the piezoelectric body 42 located on the side opposite to the side where the lower electrode 43 is located.
  • the upper electrode 41 is formed of a metal layer made of titanium, a platinum layer, or the like.
  • the upper electrode 41 and the lower electrode 43 are provided so as to sandwich the piezoelectric body 42 therebetween.
  • the upper electrode 41 and the lower electrode 43 are connected to the drive unit 15.
  • the piezoelectric body 42 is driven based on a voltage (drive signal) applied from the drive unit 15 to the upper electrode 41 and the lower electrode 43.
  • the piezoelectric body 42 partially vibrates the vibration layer 25 by expanding and contracting based on the drive signal.
  • the piezoelectric element 40 pressurizes the pressure chamber 28 a corresponding to the piezoelectric element 40, and discharges the ink stored in the pressure chamber 28 a from the nozzle hole 34.
  • the nozzle plate 30 is bonded to the main surface of the substrate 20 located on the side opposite to the side where the piezoelectric element 40 is located.
  • the nozzle plate 30 is provided so as to straddle the pressure chamber 28a, the communication passage 28b, the common chamber 28c, and the sub chamber 28d.
  • the nozzle plate 30 constitutes the lower wall of the pressure chamber 28a, the communication passage 28b, the common chamber 28c, and the sub chamber 28d.
  • the nozzle plate 30 includes a base plate 31, an adhesive layer 32, a resin plate 33, an air layer S1, and a nozzle hole 34.
  • the base plate 31 is made of, for example, silicon.
  • the adhesive layer 32 is provided on the main surface of the base plate 31 facing the substrate 20 except for the portion 31 a corresponding to the pressure chamber 28 a in the base plate 31.
  • the thickness of the adhesive layer 32 is about several ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • Resin plate 33 is formed of, for example, an epoxy resin film.
  • the thickness of the resin plate 33 is about 50 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the rigidity of the resin plate 33 is configured to be smaller than the rigidity of the base plate 31.
  • the resin plate 33 is joined to the base plate 31 by the adhesive layer 32 except for the portion 33a corresponding to the pressure chamber 28a.
  • an air layer S1 (gap) is formed between a portion 33a corresponding to the pressure chamber 28a in the resin plate 33 and a portion 31a corresponding to the pressure chamber 28a in the base plate 31.
  • a lower wall of the pressure chamber 28a is constituted by a portion 33a corresponding to the pressure chamber 28a of the resin plate 33, a portion 31a of the base plate 31 corresponding to the pressure chamber 28a, and an air layer S1 positioned therebetween. ing.
  • the resin plate 33 (first layer) having a low rigidity and the base plate 31 (second layer) having a high rigidity are arranged in order from the pressure chamber 28a side so that a gap is formed between the pressure chambers 28a.
  • the lower wall of the pressure chamber 28a is in a pressurized state in which the pressure chamber 28a is pressurized by the piezoelectric element 40, and ink is ejected from the nozzle hole 34 and applied to the pressure chamber 28a.
  • the vibration characteristics are different as described later in the reduced pressure state where the pressure chamber 28a is in a reduced pressure state.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a pressurized state in which the pressure chamber of the liquid ejection head illustrated in FIG. 1 is pressurized.
  • FIG. 8 is a view showing a reduced pressure state in which the pressure chamber of the liquid discharge head shown in FIG. 1 is reduced. The deformation behavior of the pressure chamber will be described with reference to FIGS.
  • the vibration layer 25a of the portion constituting the upper wall of the pressure chamber 28a is curved so as to approach the nozzle plate 30, and has a convex shape downward. It deforms as follows. As a result, the pressure chamber 28a is pressurized.
  • the portion of the nozzle plate 30 that forms the lower wall of the pressure chamber 28a is curved away from the vibration layer 25 and deformed into a convex shape downward.
  • the portion 33a of the resin plate 33 corresponding to the pressure chamber 28a is deformed together with the portion 31a while being in contact with the portion 31a of the base plate 31 corresponding to the pressure chamber 28a.
  • the rigidity of the lower wall of the pressure chamber 28a in the pressurized state is the sum of the rigidity of the resin plate 33 and the rigidity of the base plate 31. Further, since the resin plate 33 and the base plate 31 are deformed in contact with each other, a reduction in driving force can be prevented. Thereby, a high output can be maintained.
  • the rigidity of the lower wall of the pressure chamber 28a in the reduced pressure state becomes close to the rigidity of the portion 33a corresponding to the pressure chamber 28a in the resin plate 33.
  • the rigidity of the lower wall of the pressure chamber 28a in the decompressed state is smaller than the rigidity of the lower wall of the pressure chamber 28a in the pressurized state.
  • the portion 33a of the resin plate 33 corresponding to the pressure chamber 28a has a small rigidity, the portion 33a is deformed independently from the base plate 31 in a reduced pressure state, and follows the pressure change in the pressure chamber 28a to the vibration layer 25. Deform to approach. That is, the portion 33a corresponding to the pressure chamber 28a of the resin plate 33 is deformed so as to reduce the pressure fluctuation of the pressure chamber 28a in the reduced pressure state. Thereby, the negative pressure generated in the pressure chamber 28a is reduced, and the generation of bubbles is suppressed.
  • the periphery of the portion 33a corresponding to the pressure chamber 28a of the resin plate 33 is bonded and fixed by the adhesive layer 32.
  • the rigidity of the thin film whose periphery is constrained is generally measured by the “bulge test method”. According to this method, a positive pressure and a negative pressure are applied to a thin film whose periphery is constrained, and the rigidity is calculated based on the amount of deformation.
  • the rigidity of the thin film when the positive pressure is applied corresponds to the rigidity of the portion 31 a corresponding to the pressure chamber 28 a of the base plate 31 and the pressure chamber 28 a of the resin plate 33. Since it becomes equal to the sum of the rigidity of the portion 33a to be applied, it becomes larger than the rigidity of the lower wall when the negative pressure is applied (the rigidity of the portion 33a of the resin plate 33 corresponding to the pressure chamber 28a). Due to the difference in rigidity between the pressurized state and the reduced pressure state, the vibration characteristics are different.
  • the lower wall of the pressure chamber 28a is deformed so as to move away from the vibration layer 25, while in the reduced pressure state, the lower wall approaches the vibration layer 25 in order to return to the original state. Therefore, it can be said that the lower wall has anisotropy in which the rigidity of the lower wall varies depending on the direction of deformation.
  • FIG. 9A is a diagram illustrating a temporal change in drive voltage applied to the piezoelectric element when the liquid discharge head illustrated in FIG. 1 discharges liquid.
  • FIG. 9B is a diagram illustrating a temporal change in pressure in the pressure chamber and a state in the pressure chamber in each pressure state when the liquid discharge head illustrated in FIG. 1 discharges the liquid.
  • a driving voltage having a pulsed waveform is applied to the piezoelectric element 40.
  • the magnitude of the applied drive voltage (value of V2-V1), the application time, and the frequency can be set as appropriate according to the specifications of the inkjet printer and the performance of the inkjet head.
  • the reference voltage V1 is applied to the piezoelectric element 40 until time T1.
  • the applied voltage is increased, the voltage V2 is applied to the piezoelectric element 40, and this state is maintained until time T2.
  • the voltage applied to the piezoelectric element 40 at time T2 is changed to the reference voltage V1, and this state is maintained until the next ejection timing.
  • time T1 is non-driving R1
  • time T1 to time T2 is driving time R2
  • time T2 to a predetermined time is immediately after driving R3.
  • the pressure in the pressure chamber 28a is kept constant because the piezoelectric element 40 is not driven in the non-driven R1.
  • the piezoelectric element 40 is deformed so that a part of the vibration layer 25 is bent in a direction approaching the nozzle plate 30.
  • the pressure chamber 28a is pressurized to the pressure value P1 by the piezoelectric element 40 and is in a pressurized state.
  • ink is ejected from the nozzle hole 34.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a liquid discharge head in a comparative example.
  • FIG. 11A is a diagram illustrating a temporal change in the drive voltage applied to the piezoelectric element when the liquid discharge head illustrated in FIG. 10 discharges the liquid.
  • FIG. 11B is a diagram illustrating a temporal change in pressure in the pressure chamber and a state in the pressure chamber in each pressure state when the liquid discharge head illustrated in FIG. 10 discharges liquid.
  • a liquid ejection head 10X in a comparative example will be described with reference to FIGS. 10, 11A, and 11B.
  • the liquid ejection head 10X in the comparative example is different from the liquid ejection head 10 according to the first embodiment in the configuration of the nozzle plate 30X. Other configurations are almost the same.
  • the nozzle plate 30X does not include the adhesive layer 32, the resin plate 33, and the air layer S1, and is configured only by the base plate 31.
  • the liquid ejection head 10X ejects ink in substantially the same manner as the liquid ejection head 10 according to the first embodiment during the non-driving R1 and the driving R2.
  • the operation is performed, and the pressure chamber 28a also changes as in the first embodiment.
  • the vibration layer 25 Immediately after driving, the vibration layer 25 returns to its original shape, but the rigidity of the base plate 31 is considerably high, so that the vibration layer 25 cannot be deformed immediately following the pressure fluctuation of the pressure chamber 28a.
  • the volume of the chamber 28a increases.
  • the pressure in the pressure chamber 28a becomes P3 which is significantly lower than the value P2 in the first embodiment.
  • the pressure of the ink in the pressure chamber 28a becomes smaller than the saturated water vapor pressure, and bubbles are generated in the ink in the pressure chamber 28a.
  • (Liquid discharge head manufacturing method) 12 to 17 are views showing the first to sixth steps of the manufacturing process of the liquid discharge head shown in FIG. With reference to FIGS. 12 to 17, a method of manufacturing the liquid ejection head 10 according to the present embodiment will be described.
  • a substrate 20 provided with a piezoelectric element 40 is prepared.
  • an SOI substrate having an SOI (Silicon on Insulator) structure in which two pieces of silicon are bonded via an oxide film is heated at about 1500 ° C.
  • SOI substrate having silicon dioxide formed on both main surfaces is formed.
  • the SOI substrate in which silicon dioxide is formed on both main surfaces includes a part constituting the body portion 21 and a part constituting the vibration layer 25 through a subsequent process.
  • a metal layer constituting the lower electrode 43 is formed on the main surface on one side of the heated SOI substrate by sputtering or the like.
  • a piezoelectric layer is formed on the metal layer.
  • the piezoelectric layer 42 is formed by patterning this piezoelectric layer into a predetermined pattern using a photolithographic method.
  • a metal film to be the upper electrode 41 is formed on the lower electrode 43 and the piezoelectric body 42 by sputtering or the like.
  • the upper electrode 41 is formed by patterning the metal film into a predetermined pattern using a photolithography method.
  • the substrate 20 provided with the piezoelectric element 40 is prepared through the above steps.
  • a base plate 31 constituting a part of the nozzle plate 30 is prepared.
  • the base plate 31 is provided with a hole portion 31c constituting a nozzle hole penetrating in the thickness direction.
  • an adhesive layer 32 is provided on one main surface of the base plate.
  • the adhesive layer 32 is provided on the main surface of the one main surface of the base plate 31 excluding the portion 31a corresponding to the pressure chamber 28a.
  • a non-adhesive region A1 where the adhesive layer 32 is not provided is formed in the portion 31a corresponding to the pressure chamber 28a.
  • the adhesive layer 32 may be patterned using a printing method using a screen mask, or may be patterned using a photosensitive adhesive.
  • the resin plate 33 is bonded to the base plate 31 using the adhesive layer 32. Thereby, the nozzle plate 30 is formed.
  • the air layer S1 is formed between 31a and 31a.
  • the hole 33 c provided in the resin plate 33 communicates with the hole 31 c of the base plate 31, whereby the nozzle hole 34 is formed.
  • an adhesive 71 is applied to the main surface of the substrate 20 located on the side opposite to the side where the piezoelectric element 40 is located.
  • the nozzle plate 30 is bonded to the substrate 20 provided with the piezoelectric elements 40 using an adhesive 71.
  • the lower walls of the pressure chamber 28a, the communication passage 28b, the common chamber 28c, and the sub chamber 28d are constituted by the nozzle plate 30, and the pressure chamber 28a, the communication passage 28b, the common chamber 28c, and the sub chamber 28d are formed.
  • the liquid discharge head 10 according to the first embodiment is manufactured.
  • the lower wall of the pressure chamber 28a is arranged in this order from the pressure chamber 28a side so that the resin plate 33 and the base plate 31 sandwich the air layer S1.
  • the vibration characteristics of the lower wall are provided differently in the pressurized state and the reduced pressure state.
  • the lower wall of the pressure chamber 28a is configured to prevent a decrease in driving force as described above in a pressurized state and to reduce pressure fluctuations in the pressure chamber 28a in a reduced pressure state.
  • the lower wall of the pressure chamber 28a reduces the negative pressure generated in the pressure chamber 28a in a state where the pressurization from the piezoelectric element 40 is stopped after ink discharge.
  • the ink pressure in the pressure chamber 28a from falling below the saturated water vapor pressure in the reduced pressure state. Therefore, the liquid ejection head 10 according to the present embodiment and the ink jet printer including the same can suppress the generation of bubbles while maintaining high output.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a decompressed state in which the pressure chamber of the liquid ejection head according to the present embodiment is decompressed.
  • the piezoelectric element 40 and the like are omitted for convenience.
  • the liquid discharge head according to the present embodiment will be described.
  • the liquid discharge head 10A according to the present embodiment is different from the liquid discharge head 10 according to Embodiment 1 in the configuration of the resin plate 33A included in the nozzle plate 30A. Other configurations are almost the same.
  • the resin plate 33A is provided so as to have a different viscosity from the base plate 31.
  • the rigidity and viscosity of the lower wall of the pressure chamber 28a are different between the pressurized state and the reduced pressure state, the lower wall of the pressure chamber 28a has different vibration characteristics between the pressurized state and the reduced pressure state. Have.
  • the portion 33a of the resin plate 33A corresponding to the pressure chamber 28a is deformed together with the portion 31a while being in contact with the portion 31a of the base plate 31 corresponding to the pressure chamber 28a.
  • the viscosity and rigidity of the lower wall of the pressure chamber 28 a in the pressurized state are the sum of the viscosity and rigidity of the resin plate 33 and the viscosity and rigidity of the base plate 31.
  • the portion 33a of the resin plate 33A corresponding to the pressure chamber 28a is deformed independently from the base plate 31 so as to approach the vibration layer 25 following the pressure change in the pressure chamber 28a. Transforms into At this time, the portion 33a corresponding to the pressure chamber 28a in the resin plate 33A generates high-order vibration.
  • This high-order vibration has a large deformation angle and an increased speed, so that the viscous resistance increases.
  • the fluctuation of the pressure in the pressure chamber 28a can be quickly attenuated, and the generation of bubbles can be suppressed.
  • the resin plate 33A is deformed while being in contact with the base plate 31, so that the viscous resistance hardly increases. As a result, the output decrease does not increase.
  • the liquid discharge head 10A according to the present embodiment can obtain an effect equal to or greater than that of the liquid discharge head 10 according to the first embodiment.
  • the lower wall of the pressure chamber 28a vibrates differently between the pressurized state and the reduced pressure state.
  • the present invention is not limited to this, and the lower wall of the pressure chamber 28a is in a pressurized state because the viscosity of the lower wall of the pressure chamber 28a is different between the pressurized state and the reduced pressure state. And may have different vibration characteristics in a reduced pressure state.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view of the liquid discharge head according to the present embodiment. With reference to FIG. 19, the liquid ejection head 10B according to the present embodiment will be described.
  • the liquid ejection head 10B according to the present embodiment is different in the configuration of the nozzle plate 30B when compared with the liquid ejection head 10 according to the first embodiment.
  • Other configurations are almost the same.
  • the base plate 31B of the nozzle plate 30B has a protrusion 35 at a portion 33a corresponding to the pressure chamber 28a.
  • the protrusion 35 is provided so as to protrude toward the vibration layer 25.
  • a portion 33a of the resin plate 33 corresponding to the pressure chamber 28a is provided so as to cover the protrusion 35 via the air layer S1.
  • the vibration characteristics of the lower wall of the pressure chamber 28a are different between the pressurized state and the decompressed state as in the first embodiment.
  • the portion 33a of the resin plate 33 corresponding to the pressure chamber 28a is deformed together with the portion 31a of the base plate 31B corresponding to the pressure chamber 28a while being in contact with the protrusion 35.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating a decompressed state in which the pressure chamber of the liquid ejection head illustrated in FIG. 19 is decompressed.
  • the decompressed state in which the pressure chamber 28a of the liquid ejection head 10B is decompressed will be described.
  • the portion 33a of the resin plate 33 corresponding to the pressure chamber 28a has a small rigidity, so that the portion 33a is separated from the protrusion 35 of the base plate 31B and deforms independently to follow the pressure change in the pressure chamber 28a. And deformed so as to approach the vibration layer 25.
  • the liquid ejection head 10B is also configured to have different vibration characteristics between the pressurized state and the decompressed state, and the lower wall of the pressure chamber 28a prevents the driving force from being lowered in the pressurized state.
  • the pressure chamber 28a In the reduced pressure state, the pressure chamber 28a is deformed so as to relax the pressure fluctuation. Thereby, the negative pressure generated in the pressure chamber 28a is reduced while maintaining a high output, and the generation of bubbles is suppressed.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a nozzle plate of the liquid ejection head according to the present embodiment. With reference to FIG. 21, the liquid discharge head according to the present embodiment will be described.
  • the configuration of the nozzle plate 30C is different when the liquid discharge head according to the present embodiment is compared with the liquid discharge head 10 according to the first embodiment. Other configurations are almost the same.
  • the nozzle plate 30C includes a thin film layer 33C instead of the resin plate 33 according to the first embodiment.
  • the thin film layer 33C is made of, for example, silicon or a metal film.
  • the thin film layer 33C also functions in the same manner as the resin plate 33 according to the first embodiment.
  • the lower wall of the pressure chamber 28a has different vibration characteristics between the pressurized state and the decompressed state, preventing a decrease in driving force in the pressurized state, and mitigating pressure fluctuations in the pressure chamber 28a in the decompressed state. Deform to Therefore, even in the liquid discharge head according to the present embodiment, substantially the same effect as that of the liquid discharge head 10 according to the first embodiment can be obtained.
  • FIG. 22 is a diagram showing a nozzle plate of the liquid ejection head according to the present embodiment. With reference to FIG. 22, the liquid discharge head according to the present embodiment will be described.
  • the configuration of the nozzle plate 30D is different. Other configurations are almost the same.
  • the nozzle plate 30D is configured by providing the base plate 31 with a plurality of groove portions 31d.
  • the plurality of groove portions 31d are provided so as to open toward the pressure chamber 28a.
  • the plurality of groove portions 31d are formed using, for example, a photolithography method.
  • the liquid discharge head according to the present embodiment is also configured to have different vibration characteristics between the pressurized state and the reduced pressure state, and the lower wall of the pressure chamber 28a prevents the driving force from being lowered in the pressurized state.
  • the pressure chamber 28a In the reduced pressure state, the pressure chamber 28a is deformed so as to relax the pressure fluctuation. Thereby, the negative pressure generated in the pressure chamber 28a is reduced while maintaining a high output, and the generation of bubbles is suppressed.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating a nozzle plate of the liquid ejection head according to the present embodiment. With reference to FIG. 23, the liquid discharge head according to the present embodiment will be described.
  • the configuration of the nozzle plate 30E is different when the liquid discharge head according to the present embodiment is compared with the liquid discharge head 10 according to the first embodiment. Other configurations are almost the same.
  • the nozzle plate 30E includes a base plate 31 and a porous silicon layer 33E.
  • the porous silicon layer 33E can be formed by etching the surface of the base plate 31 made of silicon with a solution such as hydrofluoric acid.
  • the porous silicon layer 33E is disposed so as to face the pressure chamber 28a.
  • the liquid discharge head according to the present embodiment is also configured to have different vibration characteristics between the pressurized state and the reduced pressure state, and the lower wall of the pressure chamber 28a prevents the driving force from being lowered in the pressurized state.
  • the pressure chamber 28a In the reduced pressure state, the pressure chamber 28a is deformed so as to relax the pressure fluctuation. Thereby, the negative pressure generated in the pressure chamber 28a is reduced while maintaining a high output, and the generation of bubbles is suppressed.
  • FIG. 24 is a diagram illustrating a nozzle plate of the liquid ejection head according to the present embodiment. With reference to FIG. 24, the liquid discharge head according to the present embodiment will be described.
  • the configuration of the nozzle plate 30F is different when the liquid discharge head according to the present embodiment is compared with the liquid discharge head 10 according to the first embodiment. Other configurations are almost the same.
  • the nozzle plate 30F includes a base plate 31 and a stress control film 36.
  • the stress control film 36 is provided on the main surface of the base plate 31 located on the side opposite to the side where the pressure chamber 28a is located.
  • the stress control film 36 is configured to have a tensile stress, for example.
  • the stress control film 36 is composed of, for example, a SiN layer.
  • the SiN film is formed using vapor deposition, a CVD method, or the like.
  • the liquid discharge head according to the present embodiment is also configured to have different vibration characteristics between the pressurized state and the reduced pressure state, and the lower wall of the pressure chamber 28a prevents the driving force from being lowered in the pressurized state.
  • the pressure chamber 28a In the reduced pressure state, the pressure chamber 28a is deformed so as to relax the pressure fluctuation. Thereby, the negative pressure generated in the pressure chamber 28a is reduced while maintaining a high output, and the generation of bubbles is suppressed.
  • FIG. 25 is a diagram illustrating a nozzle plate of the liquid ejection head according to the present embodiment. With reference to FIG. 25, the liquid discharge head according to the present embodiment will be described.
  • the configuration of the nozzle plate 30G is different. Other configurations are almost the same.
  • the nozzle plate 30G includes a base plate 31 and a stress control film 37.
  • the stress control film 37 is provided on the main surface of the base plate 31 located on the side where the pressure chamber 28a is located.
  • the stress control film 37 is configured to have a compressive stress, for example.
  • the stress control film 37 is composed of, for example, a SiO 2 layer.
  • the SiO 2 layer is formed using thermal oxidation, vapor deposition, CVD method or the like.
  • the liquid discharge head according to the present embodiment is also configured to have different vibration characteristics between the pressurized state and the reduced pressure state, and the lower wall of the pressure chamber 28a prevents the driving force from being lowered in the pressurized state.
  • the pressure chamber 28a In the reduced pressure state, the pressure chamber 28a is deformed so as to relax the pressure fluctuation. Thereby, the negative pressure generated in the pressure chamber 28a is reduced while maintaining a high output, and the generation of bubbles is suppressed.
  • the case where the lower wall of the pressure chamber 28a is configured to have different vibration characteristics between the pressurized state and the reduced pressure state is described as an example.
  • the upper wall or the peripheral wall of the pressure chamber 28a may be configured to have different vibration characteristics between the pressurized state and the reduced pressure state.
  • liquid discharge heads according to the second to seventh embodiments described above can be applied to the ink jet printer according to the first embodiment.
  • the liquid discharge head includes a discharge port that discharges liquid, a pressure chamber that communicates with the discharge port, pressurizes the pressure chamber, and discharges the liquid stored in the pressure chamber to the discharge port.
  • a pressure element in which at least a part of a wall portion defining the pressure chamber is pressurized by the piezoelectric element, and the liquid is discharged from the discharge port.
  • the pressure chamber is configured to relieve pressure fluctuations.
  • a part of the wall part defining the pressure chamber is located on a wall part different from the side where the piezoelectric element is arranged.
  • the portion having the different vibration characteristics may be configured such that the rigidity in the reduced pressure state is smaller than the rigidity in the pressurized state.
  • the portions having different vibration characteristics may be configured such that the viscosity in the reduced pressure state is smaller than the viscosity in the pressurized state.
  • the portion having the different vibration characteristics is more rigid than the first layer and the first layer, and a gap is formed between the first layer and the first layer.
  • a second layer spaced apart from the first layer is preferably arranged in order from the pressure chamber side.
  • the first layer in the pressurized state, the first layer is preferably deformed together with the second layer in contact with the second layer.
  • the first layer In the reduced pressure state, the first layer is It is preferable to deform independently of the two layers.
  • the gap is preferably formed by an air layer filled with air.
  • the second layer may have a protrusion protruding toward the pressure chamber.
  • the first layer covers the protrusion so that a gap is formed between the first layer and the protrusion.
  • the first layer is preferably made of resin, silicon, or a metal film.
  • the portion having the different vibration characteristics is provided with a plurality of groove portions that open toward the pressure chamber side in at least a part of the wall portion defining the pressure chamber. May be configured.
  • the portion having the different vibration characteristics includes a first layer and a second layer arranged in order from the pressure chamber side.
  • the first layer may be composed of a porous member.
  • the portion having the different vibration characteristics includes a first layer and a second layer arranged in order from the pressure chamber side.
  • the first layer may be constituted by a stress control film that applies tensile stress to portions having different vibration characteristics.
  • the portion having the different vibration characteristics includes a first layer and a second layer arranged in order from the pressure chamber side.
  • the first layer may be constituted by a stress control film that applies compressive stress to portions having different vibration characteristics.
  • An inkjet printer includes the above-described liquid discharge head, and performs printing by discharging liquid from the liquid discharge head toward a recording medium.

Landscapes

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Abstract

　液体吐出ヘッド（１０）は、液体を吐出する吐出口（３４）と、吐出口（３４）に連通する圧力室（２８ａ）と、圧力室（２８ａ）を加圧し、圧力室（２８ａ）に貯留された液体を吐出口（３４）から吐出させる圧電素子（４０）とを備え、圧力室（２８ａ）を規定する壁部の少なくとも一部が、圧電素子（４０）により圧力室が加圧される加圧状態と、吐出口（３４）から液体が吐出されるとともに圧力室（２８ａ）への加圧が停止されることにより、圧力室（２８ａ）が減圧された状態となる減圧状態とにおいて振動特性が異なる部分を含み、振動特性が異なる部分は、減圧状態において、圧力室の圧力変動を緩和するように構成されている。

Description

液体吐出ヘッドおよびインクジェットプリンタ
　本発明は、インク滴等の液体を吐出する液体吐出ヘッドおよびインクジェットプリンタに関する。
　インクを吐出する複数のチャネルを備え、用紙や布等の記録媒体に対して、相対的に移動しながら、インクの吐出を制御することにより二次元の画像を出力するインクジェットプリンタが知られている。インクを吐出する方式としては、圧電アクチュエーター、静電アクチュエーターまたは熱変形を利用したアクチュエーター等の各種アクチュエーターによる圧力式や、熱により気泡を発生させる熱式等が知られている。
　このようなインクジェットプリンタに具備される液体吐出ヘッドは、インク供給源から供給されたインクが共通室から各圧力室に分配されて吐出口に至るように構成されている。アクチュエーター等により圧力室が加圧されることにより、インクが吐出口から吐出される。圧力室を加圧する際に発生した圧力波は、共通室を通ってこれに連通する他の圧力室に伝播し、その圧力室に圧力変動が誘起される。この圧力変動が誘起された場合には、その圧力室におけるインク吐出特性が変化し、吐出不良が発生する。
　このような吐出不良を防止するために、共通室に伝播する圧力波を減衰させるダンパー部を設けた液体吐出ヘッドが開示された特許文献として、特開２００６－９５７２５号公報（特許文献１）、特開２００６－１９８９０３号公報（特許文献２）、特開２００７－３１３７６１号公報（特許文献３）等が挙げられる。
　特許文献１に開示の液体吐出ヘッドにあっては、共通室を規定する壁部の一部が外側に向けて撓み変形可能となるように、当該壁部の外側に位置する補強プレートに凹部が設けられている。特許文献２に開示の液体吐出ヘッドにあっては、共通室を規定する壁部の一部を可撓性のあるインクプレートによって構成している。
　特許文献３に開示の液体吐出ヘッドにあっては、共通室を規定する壁部の一部を変形可能となるように形成し、この変形可能な部分に接するように粘弾性物質が設けられている。
　しかし、特許文献１から３に開示のように共通室に伝播される圧力波を減衰させた場合であっても、吐出口からインクが吐出された後には圧力室内が負圧状態となるため、キャビテーションにより気泡が発生することがあった。具体的には、圧力室内の圧力がインクの飽和蒸気圧よりも小さくなる場合には、微小な気泡の核が発生し、この核が気泡に成長する。この気泡が圧力室に存在すると、ノズル詰まりや圧力損失により吐出口からインクが吐出できなくなり、画像不良が生じる。
　これに対し特開平７－３０４１７１号公報（特許文献４）では、上記圧力室に相当するインク液室の壁の一部に、アクチュエータプレートを構成する圧電材料より弾性係数が低い材料の薄層が形成され、インク吐出後の負圧のピークを減衰させるようにしている。
特開２００６－９５７２５号公報 特開２００６－１９８９０３号公報 特開２００７－３１３７６１号公報 特開平７－３０４１７１号公報
　しかしながら特許文献４の構成では、加圧時と減圧時のいずれにおいても薄層の影響を受けてしまうため、駆動圧力自体も低下して、アクチュエーターの高出力化が実現できない。
　ここで、気泡の発生頻度は、インクの物性、圧力室の体積、負圧の大きさ、負圧の変動速度等により決定される。近年、業務用のインクジェットプリンタにあっては、高速化、高解像度化が進展している。これらの実現にはアクチュエーターの高出力化が必要となる。
　インクジェットプリンタを高速化すると、液体吐出ヘッドの駆動周波数が高くなり、圧力の変動が大きくなる。また、吐出されたインクを記録媒体上で早く乾燥させるためには、インクの粘度を高くすることが望ましく、これによりインクを吐出するために必要な圧力も大きくなる。
　さらにインクジェットプリンタを高解像度化すると、射出するインクの液滴量が小さくなり、インクを吐出するために必要な圧力がさらに大きくなる。また、高解像度化すると、一台のインクジェットプリンタに多くのチャネルが必要となり、チャネルの小型化が望まれる。小型化により圧力室の容積が小さくなると、圧力室内の体積変動率が大きくなる。
　このように高速化、高解像度化が要求されるインクジェットプリンタにおいては、気泡の発生頻度が高くなる環境にあるが、高速化、高解像度化を実現するためには、高出力を実現するとともに、キャビテーションによる圧力室内での気泡の発生を抑制することが大きな課題である。
　本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、高出力を維持しながら圧力室内の気泡の発生を抑制する液体吐出ヘッドおよびインクジェットプリンタを提供することにある。
　本発明に基づく液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口と、上記吐出口に連通する圧力室と、上記圧力室を加圧し、上記圧力室に貯留された上記液体を上記吐出口から吐出させる圧電素子とを備え、上記圧力室を規定する壁部の少なくとも一部が、上記圧電素子により上記圧力室が加圧される加圧状態と、上記吐出口から上記液体が吐出されるとともに上記圧力室への加圧が停止されることにより、上記圧力室が減圧された状態となる減圧状態とにおいて振動特性が異なる部分を含み、上記振動特性が異なる部分は、上記減圧状態において、上記圧力室の圧力変動を緩和するように構成されている。
　本発明に基づくインクジェットプリンタは、上記の液体吐出ヘッドを備え、上記液体吐出ヘッドから記録媒体に向けて液体を吐出することで印刷を行なう。
　本発明によれば、高出力を維持しながら圧力室内の気泡の発生を抑制する液体吐出ヘッドおよびインクジェットプリンタを提供することができる。
実施の形態１に係るインクジェットプリンタを模式的に示す図である。 図１に示す液体吐出ヘッドの上面図である。 図２に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図１に示す液体吐出ヘッドに形成される液体の流路を示す図である。 図１に示す液体吐出ヘッドに形成される１つのチャネルを模式的に示す図である。 図５に示すＶＩ－ＶＩ線に沿った断面図である。 図１に示す液体吐出ヘッドの圧力室が加圧された加圧状態を示す図である。 図１に示す液体吐出ヘッドの圧力室が減圧された減圧状態を示す図である。 （Ａ）は、図１に示す液体吐出ヘッドが液体を吐出する際に圧電素子に印加される駆動電圧の時間的な変化を示す図である。（Ｂ）は、図１に示す液体吐出ヘッドが液体を吐出する際における圧力室内の圧力の時間的な変化および各圧力状態における圧力室内の様子を示す図である。 比較例における液体吐出ヘッドの断面図である。 （Ａ）は、図１０に示す液体吐出ヘッドが液体を吐出する際に圧電素子に印加される駆動電圧の時間的な変化を示す図である。（Ｂ）は、図１０に示す液体吐出ヘッドが液体を吐出する際における圧力室内の圧力の時間的な変化および各圧力状態における圧力室内の様子を示す図である。 図１に示す液体吐出ヘッドの製造工程の第１工程を示す図である。 図１に示す液体吐出ヘッドの製造工程の第２工程を示す図である。 図１に示す液体吐出ヘッドの製造工程の第３工程を示す図である。 図１に示す液体吐出ヘッドの製造工程の第４工程を示す図である。 図１に示す液体吐出ヘッドの製造工程の第５工程を示す図である。 図１に示す液体吐出ヘッドの製造工程の第６工程を示す図である。 実施の形態２に係る液体吐出ヘッドの圧力室が減圧された減圧状態を示す図である。 実施の形態３に係る液体吐出ヘッドの断面図を示す図である。 図１９に示す液体吐出ヘッドの圧力室が減圧された減圧状態を示す図である。 実施の形態４に係る液体吐出ヘッドのノズルプレートを示す図である。 実施の形態５に係る液体吐出ヘッドのノズルプレートを示す図である。 実施の形態６に係る液体吐出ヘッドのノズルプレートを示す図である。 実施の形態７に係る液体吐出ヘッドのノズルプレートを示す図である。 実施の形態８に係る液体吐出ヘッドのノズルプレートを示す図である。
　以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
　［実施の形態１］
　（インクジェットプリンタ）
　図１は、本実施の形態に係るインクジェットプリンタを模式的に示す図である。図１を参照して、本実施の形態に係るインクジェットプリンタ１について説明する。
　図１に示すように、本実施の形態に係るインクジェットプリンタ１は、インクジェットヘッド部２、繰り出しロール３、巻き取りロール４、バックロール５ａ，５ｂ、中間タンク６、送液ポンプ７、貯留タンク８、定着装置９、液体吐出ヘッド１０、および配管ライン６Ｔ，７Ｔを備える。
　繰り出しロール３は、記録媒体Ｐを矢印ＡＲに示す方向に繰り出す。記録媒体Ｐとは、たとえば印刷用紙や布である。巻き取りロール４は、繰り出しロール３から繰り出されてインクジェットヘッド部２において画像が形成された記録媒体Ｐを巻き取る。バックロール５ａ，５ｂは、繰り出しロール３と巻き取りロール４との間に設けられる。
　貯留タンク８に貯留されたインクは、送液ポンプ７および配管ライン７Ｔを通して中間タンク６に供給される。中間タンク６に貯留されたインクは、中間タンク６から配管ライン６Ｔを通して液体吐出ヘッド１０に供給される。液体吐出ヘッド１０は、インクジェットヘッド部２において記録媒体Ｐ上に向かってインクを射出する。定着装置９は、記録媒体Ｐ上に供給されたインクを記録媒体Ｐに定着させる。インクジェットプリンタ１においては、以上のようにして記録媒体Ｐ上に画像を形成することができる。
　（液体吐出ヘッド）
　図２は、図１に示す液体吐出ヘッドの上面図である。図３は、図２に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。図４は、図１に示す液体吐出ヘッドに形成される液体の流路を示す図である。図５は、図１に示す液体吐出ヘッドに形成される１つのチャネルを模式的に示す図である。図２から図５を参照して、本実施の形態に係る液体吐出ヘッド１０について説明する。
　図２から図４に示すように、液体吐出ヘッド１０は、基板２０、ノズルプレート３０、複数の圧電素子４０およびインク供給部５０を備える。基板２０は、内部に液体の流路を形成したり、圧電素子４０を積層したり、ノズルプレート３０を接合したり、インク供給部５０を接合したりするためのベースとなる部材である。液体吐出ヘッド１０は、複数のチャネルが２列に並ぶように構成されている。
　基板２０は、平面視略矩形形状を有する。基板２０は、ノズルプレート３０と接合されることにより圧力室２８ａ、連通路２８ｂ、共通室２８ｃおよび副室２８ｄとなる部分を含むとともに、共通室２８ｃにインクを供給するためのインク供給孔２９を含む。
　圧力室２８ａは複数形成される。複数の圧力室２８ａは、千鳥状に配列される。具体的には、基板２０の長手方向に沿って列状に並ぶ複数の圧力室２８ａは、基板２０の短手方向に２列に並んで配置され、第１列を構成する複数の圧力室２８ａは、第２列を構成する複数の圧力室２８ａと互い違いに並ぶように配置されている。
　共通室２８ｃは、２つ形成される。２つの共通室２８ｃは、複数の圧力室２８ａを基板２０の短手方向に挟み込むように設けられる。２つの共通室２８ｃは、基板２０の長手方向に延在するように設けられている。
　２つの共通室２８ｃのうち一方の共通室２８ｃは、第１列を構成する複数の圧力室２８ａのそれぞれに連通路２８ｂを介して連通する。２つの共通室２８ｃのうち他方の共通室２８ｃは、第２列を構成する複数の圧力室２８ａのそれぞれに連通路２８ｂを介して連通する。
　副室２８ｄは、圧力室２８ａの先端に設けられている。副室２８ｄは、連通路２８ｂが位置する側とは反対側に設けられている。副室２８ｄは、後述するように圧力室２８ａとノズル孔３４とを接続する。
　基板２０は、ボディ部２１および振動層２５を含む。ボディ部２１および振動層２５の構成については、図５および図６を用いて後述する。
　ノズルプレート３０は、複数のノズル孔３４を含む。複数のノズル孔３４は、複数の圧力室２８ａに対応して千鳥状に配列されている。複数のノズル孔３４のそれぞれは、副室２８ｄを介して各圧力室２８ａに連通する。複数のノズル孔３４は、インクの液滴を吐出するための吐出口として機能する。
　複数の圧電素子４０は、複数の圧力室２８ａと一対一の関係で対応して設けられている。圧電素子４０は、当該圧電素子４０と圧力室２８ａとで振動層２５を挟み込むように設けられている。圧電素子４０は、圧力室２８ａを加圧し、圧力室２８ａに貯留されたインクをノズル孔３４から吐出させる。圧電素子４０の構成については、図５，６を用いて後述する。
　インク供給部５０は、筒状部５１およびインク導入路５２を有する。筒状部５１は、たとえば略円筒形状を有する。インク導入路５２は、筒状部５１の内周面によって規定される。インク導入路５２は、基板２０の振動層２５に設けられたインク供給孔２９に連通する。
　図５は、図１に示す液体吐出ヘッドに形成される１つのチャネルを模式的に示す図である。図６は、図５に示すＶＩ－ＶＩ線に沿った断面図である。液体吐出ヘッドに具備されるチャネルは、インクを吐出するための部位であり、１つの圧力室２８ａに対応する部位である。
　図５および図６に示すように、チャネルは、ボディ部２１および振動層２５を含む基板２０、基板２０上に配置される圧電素子４０、接続部４４および配線部４５、ノズルプレート３０、ならびに圧力室２８ａ、連通路２８ｂ、共通室２８ｃおよび副室２８ｄによって構成されている。
　ボディ部２１は、ボディ基板２２および絶縁膜２３，２４を有する。ボディ基板２２は、たとえばシリコンによって形成されている。絶縁膜２３，２４は、たとえば酸化シリコン（ＳｉＯ２）によって形成されている。絶縁膜２３，２４は、ボディ基板２２の両主面に設けられている。
　振動層２５は、圧力室２８ａ、連通路２８ｂ、共通室２８ｃおよび副室２８ｄに跨るように設けられている。これにより、振動層２５は、圧力室２８ａ、連通路２８ｂ、共通室２８ｃおよび副室２８ｄの上壁を構成する。振動層２５は、複数の圧力室２８ａに対応するように設けられた複数の圧電素子４０の伸縮によって部分的に振動する。
　振動層２５は、従動板２６および絶縁膜２７を有する。従動板２６は、たとえばシリコンによって形成されている。絶縁膜２７は、酸化シリコンによって形成されている。絶縁膜２７は、ボディ部２１が位置する側とは反対側に位置する従動板２６の主面上に設けられている。
　圧電素子４０、接続部４４および配線部４５は、ボディ部２１が位置する側とは反対側に位置する振動層２５の主面上に設けられている。圧電素子４０は、圧力室２８ａの上方に設けられている。接続部４４は、副室２８ｄの上方に設けられている。配線部４５は、ボディ基板２２の上方に設けられている。
　圧電素子４０、接続部４４および配線部４５は、下部電極４３、圧電体４２および上部電極４１がこの順で積層されることにより構成されている。
　下部電極４３は、ボディ部２１が位置する側とは反対側に位置する振動層２５の主面上に設けられている。下部電極４３は、チタンや白金層などからなる金属層によって形成されている。
　圧電体４２は、絶縁膜２７が位置する側とは反対側に位置する下部電極４３の主面上に設けられている。圧電体４２は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）やチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｔｉ／Ｚｒ）Ｏ３）などのペロブスカイト型の金属酸化物によって形成されている。
　上部電極４１は、下部電極４３が位置する側とは反対側に位置する圧電体４２の主面上に設けられている。上部電極４１は、チタンや白金層などからなる金属層によって形成されている。
　上部電極４１および下部電極４３は、その間に圧電体４２を挟み込むように設けられている。上部電極４１および下部電極４３は、駆動部１５に接続されている。駆動部１５から上部電極４１および下部電極４３に印加される電圧（駆動信号）に基づいて、圧電体４２が駆動される。
　圧電体４２は、駆動信号に基づいて伸縮することにより、振動層２５を部分的に振動させる。これにより、圧電素子４０は、圧電素子４０に対応する圧力室２８ａを加圧して、圧力室２８ａに貯留されているインクをノズル孔３４から吐出させる。
　ノズルプレート３０は、圧電素子４０が位置する側とは反対側に位置する基板２０の主面に接合されている。ノズルプレート３０は、圧力室２８ａ、連通路２８ｂ、共通室２８ｃおよび副室２８ｄに跨るように設けられている。これにより、ノズルプレート３０は、圧力室２８ａ、連通路２８ｂ、共通室２８ｃおよび副室２８ｄの下壁を構成する。
　ノズルプレート３０は、ベース板３１、接着層３２および樹脂板３３、空気層Ｓ１およびノズル孔３４を含む。
　ベース板３１は、たとえばシリコンによって形成されている。接着層３２は、基板２０に対向するベース板３１の主面上において、ベース板３１における圧力室２８ａに対応する部分３１ａを除く部分に設けられている。接着層３２の厚さは、数μｍ～２０μｍ程度である。
　樹脂板３３は、たとえば、エポキシ樹脂フィルムで形成されている。樹脂板３３の厚さは、５０μｍ～１００μｍ程度である。樹脂板３３の剛性は、ベース板３１の剛性よりも小さくなるように構成されている。
　樹脂板３３は、圧力室２８ａに対応する部分３３ａを除き接着層３２によってベース板３１に接合されている。これにより、樹脂板３３のうち圧力室２８ａに対応する部分３３ａと、ベース板３１のうち圧力室２８ａに対応する部分３１ａとの間には、空気層Ｓ１（隙間）が形成されている。
　この樹脂板３３のうち圧力室２８ａに対応する部分３３ａと、ベース板３１のうち圧力室２８ａに対応する部分３１ａと、これらの間に位置する空気層Ｓ１によって圧力室２８ａの下壁が構成されている。
　このように、間に隙間が形成されるように圧力室２８ａ側から順に剛性の小さい樹脂板３３（第１層）および剛性の大きいベース板３１（第２層）が配置されて圧力室２８ａの下壁が構成されることにより、圧力室２８ａの下壁は、圧電素子４０により圧力室２８ａが加圧される加圧状態と、ノズル孔３４からインクが吐出されるとともに圧力室２８ａへの加圧が停止されることにより、圧力室２８ａが減圧された状態となる減圧状態とにおいて後述するように振動特性が異なる。
　（圧力室の変形挙動）
　図７は、図１に示す液体吐出ヘッドの圧力室が加圧された加圧状態を示す図である。図８は、図１に示す液体吐出ヘッドの圧力室が減圧された減圧状態を示す図である。図７および図８を参照して、圧力室の変形挙動について説明する。
　図７に示すように、圧電体４２に駆動信号が印加されると、圧力室２８ａの上壁を構成する部分の振動層２５ａがノズルプレート３０に近づくように湾曲し、下方に凸形状となるように変形する。これにより、圧力室２８ａが加圧された加圧状態となる。
　圧力室２８ａが加圧されると、圧力室２８ａの下壁を構成する部分のノズルプレート３０は、振動層２５から遠ざかるように湾曲し、下方に凸形状となるように変形する。この際、樹脂板３３のうち圧力室２８ａに対応する部分３３ａは、ベース板３１のうち圧力室２８ａに対応する部分３１ａに接触した状態で、当該部分３１ａとともに変形する。
　これにより、加圧状態における圧力室２８ａの下壁の剛性は、樹脂板３３の剛性とベース板３１の剛性とを加算したものとなる。また、樹脂板３３とベース板３１とが接触した状態で変形するため、駆動力の低下も防止することができる。これにより、高出力を維持することができる。
　図８に示すように、圧電体４２の駆動信号が除去されると、圧力室２８ａの上壁を構成する部分の振動層２５ａが元の状態に戻り、圧力室２８ａが減圧された減圧状態となる。
　圧力室２８ａが減圧されると、圧力室２８ａの下壁を構成する部分のノズルプレート３０の変形も元の状態に戻ろうとする。この際、樹脂板３３の剛性がベース板３１の剛性よりも小さいことから、樹脂板３３は、ベース板３１よりも先に元の状態に戻るように変形する。
　これにより、減圧状態における圧力室２８ａの下壁の剛性は、樹脂板３３のうち圧力室２８ａに対応する部分３３ａの剛性に近くなる。減圧状態における圧力室２８ａの下壁の剛性は、加圧状態における圧力室２８ａの下壁の剛性よりも小さくなる。
　樹脂板３３のうち圧力室２８ａに対応する部分３３ａは、剛性が小さいため、減圧状態において、ベース板３１から離間して独立して変形し圧力室２８ａの圧力変化に追従して振動層２５に近づくように変形する。すなわち、樹脂板３３のうち圧力室２８ａに対応する部分３３ａは、減圧状態において、圧力室２８ａの圧力変動を緩和するように変形する。これにより、圧力室２８ａ内に生じる負圧を低減し、気泡の発生が抑制される。
　ここで、樹脂板３３のうち圧力室２８ａに対応する部分３３ａは、周囲が接着層３２によって接着固定されている。
　本実施の形態における圧力室２８ａの下壁のように、周囲が拘束された薄膜の剛性は、一般に「バルジ試験法」で測定される。この方法は、周囲が拘束された薄膜に陽圧および負圧を付与し、その変形量により剛性を算出する。
　本実施の形態では、陽圧を付与した場合の薄膜、すなわち上述の下壁の剛性は、ベース板３１のうち圧力室２８ａに対応する部分３１ａの剛性と樹脂板３３のうち圧力室２８ａに対応する部分３３ａの剛性との和に等しくなるため、負圧を付与した場合の下壁の剛性（樹脂板３３のうち圧力室２８ａに対応する部分３３ａの剛性）よりも大きくなる。このような加圧状態と減圧状態における剛性の違いから振動特性が異なることとなる。
　また、上述のように、加圧状態では圧力室２８ａの下壁が振動層２５から遠ざかるように変形する一方で、減圧状態では前記の下壁が元の状態に戻ろうとして振動層２５に近づくように変形することから、変形の方向によって下壁の剛性が異なる異方性を備えているとも言える。
　（インクの吐出動作および圧力室の状態）
　図９（Ａ）は、図１に示す液体吐出ヘッドが液体を吐出する際に圧電素子に印加される駆動電圧の時間的な変化を示す図である。図９（Ｂ）は、図１に示す液体吐出ヘッドが液体を吐出する際における圧力室内の圧力の時間的な変化および各圧力状態における圧力室内の様子を示す図である。図９（Ａ）および図９（Ｂ）を参照して、インクの吐出動作および当該動作に伴う圧力室の様子について説明する。
　図９（Ａ）に示すように、インクを吐出する際には、圧電素子４０にパルス状の波形を有する駆動電圧が印加される。なお、印加される駆動電圧の大きさ（Ｖ２－Ｖ１の値）、印加時間、および周波数は、インクジェットプリンタの仕様やインクジェットヘッドの性能により適宜設定することができる。
　時刻Ｔ１までは、圧電素子４０には基準電圧Ｖ１が印加されている。時刻Ｔ１において、印加電圧を増加させ、圧電素子４０に電圧Ｖ２を印加し、この状態を時刻Ｔ２まで維持する。時刻Ｔ２に圧電素子４０に印加する電圧を基準電圧Ｖ１に変更し、次の吐出タイミングまでこの状態を維持する。
　ここで、時刻Ｔ１までを非駆動時Ｒ１、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までを駆動時Ｒ２、時刻Ｔ２から所定の時刻までを駆動直後Ｒ３とする。
　図９（Ｂ）に示すように、非駆動時Ｒ１においては、圧電素子４０は駆動されないため、圧力室２８ａ内の圧力は一定に保たれる。次に、駆動時Ｒ２においては、圧電素子４０が変形することにより、振動層２５の一部がノズルプレート３０に近づく方向に湾曲する。これにより、圧力室２８ａは、圧電素子４０により圧力値Ｐ１まで加圧され、加圧状態となる。この結果、ノズル孔３４からインクが吐出される。
　駆動直後Ｒ３においては、印加電圧が基準電圧に戻ることにより圧電素子４０の変形が戻り、振動層２５も元の状態に戻ろうとする。駆動直後Ｒ３においては、駆動時Ｒ２にノズル孔３４からインクが吐出されたことおよび圧力室２８ａへの加圧が停止されることにより、圧力室２８ａ内は減圧され減圧状態となる。
　駆動直後Ｒ３においては、上述のように、ベース板３１に接着されていない部分の樹脂板３３が、圧力室２８ａ内の圧力変動を緩和するように変形する。これにより、圧力室２８ａ内の圧力はＰ２内に収まるようになり、負圧が大きくなることを抑制することができる。この結果、気泡の発生が抑制される。
　（比較例）
　図１０は、比較例における液体吐出ヘッドの断面図である。図１１（Ａ）は、図１０に示す液体吐出ヘッドが液体を吐出する際に圧電素子に印加される駆動電圧の時間的な変化を示す図である。図１１（Ｂ）は、図１０に示す液体吐出ヘッドが液体を吐出する際における圧力室内の圧力の時間的な変化および各圧力状態における圧力室内の様子を示す図である。図１０、図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）を参照して、比較例における液体吐出ヘッド１０Ｘについて説明する。
　図１０に示すように、比較例における液体吐出ヘッド１０Ｘは、実施の形態１に係る液体吐出ヘッド１０と比較した場合に、ノズルプレート３０Ｘの構成が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。
　ノズルプレート３０Ｘは、実施の形態１に係るノズルプレート３０と比較して、接着層３２、樹脂板３３および空気層Ｓ１を含んでおらず、ベース板３１のみによって構成されている。
　図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）に示すように、液体吐出ヘッド１０Ｘは、非駆動時Ｒ１および駆動時Ｒ２においては、実施の形態１に係る液体吐出ヘッド１０とほぼ同様にインクの吐出動作が行われ、圧力室２８ａも実施の形態１同様に変化する。
　駆動直後Ｒ３においては、振動層２５は、元の形状に戻るものの、ベース板３１の剛性は、相当程度高いことから圧力室２８ａの圧力変動に追従してすぐに変形することができず、圧力室２８ａの体積が増加する。また、圧力室２８ａ内へのインクの供給には相当程度時間がかかる。このため、圧力室２８ａ内の圧力は、実施の形態１の値Ｐ２を大きく下回るＰ３となる。この結果、圧力室２８ａ内のインクの圧力が飽和水蒸気圧よりも小さくなり、圧力室２８ａ内のインク内に気泡が発生する。
　（液体吐出ヘッドの製造方法）
　図１２から図１７は、図１に示す液体吐出ヘッドの製造工程の第１工程から第６工程を示す図である。図１２から図１７を参照して、本実施の形態に係る液体吐出ヘッド１０の製造方法について説明する。
　図１２に示すように、液体吐出ヘッドの製造工程の第１工程においては、圧電素子４０が設けられた基板２０を準備する。圧電素子４０が設けられた基板２０を準備するに際して、まず、酸化膜を介して２枚のシリコンが接合されたＳＯＩ（Silicon　on　Insulator）構造を有するＳＯＩ基板を１５００℃程度で加熱する。これにより、両主面に二酸化シリコンが形成された基板を形成する。この両主面に二酸化シリコンが形成されたＳＯＩ基板は、ボディ部２１を構成する部位と、後工程を経ることによって振動層２５を構成する部位とを含む。
　続いて、加熱されたＳＯＩ基板の一方側の主面に下部電極４３を構成する金属層をスパッタ法等により成膜する。次に、金属層上に圧電体層を成膜する。フォトリソ法を用いてこの圧電体層を所定のパターンにパターニングすることにより、圧電体４２を形成する。
　次に、上部電極４１となる金属膜をスパッタ法等により下部電極４３上および圧電体４２上に成膜する。フォトリソ法を用いて金属膜を所定のパターンにパターニングすることにより、上部電極４１を形成する。
　続いて、フォトリソ法を用いてＳＯＩ基板の他方側をパターニングすることにより、圧力室２８ａ、連通路２８ｂ、共通室２８ｃおよび副室２８ｄとなる部分を形成する。以上のような工程を経て、圧電素子４０が設けられた基板２０が準備される。
　図１３に示すように、液体吐出ヘッドの製造工程の第２工程においては、ノズルプレート３０の一部を構成するベース板３１を準備する。ベース板３１には、厚み方向に貫通するノズル孔を構成する孔部３１ｃが設けられている。
　図１４に示すように、液体吐出ヘッドの製造工程の第３工程においては、ベース板の一方の主面上に接着層３２を設ける。この際、接着層３２は、ベース板３１の一方の主面のうち圧力室２８ａに対応する部分３１ａを除く主面上に設けられる。圧力室２８ａに対応する部分３１ａには、接着層３２が設けられない非接着領域Ａ１が形成される。
　接着層３２は、スクリーンマスクを利用した印刷法を用いてパターンニングしてもよいし、感光性接着剤を用いてパターニングしてもよい。
　図１５に示すように、液体吐出ヘッドの製造工程の第４工程においては、接着層３２を用いて樹脂板３３をベース板３１に接合する。これにより、ノズルプレート３０が形成される。
　上述の非接着領域Ａ１が設けられることにより、樹脂板３３とベース板３１とを接合した際に、樹脂板３３のうち圧力室２８ａに対応する部分３３ａとベース板３１のうち圧力室２８ａに対応する３１ａとの間に、空気層Ｓ１が形成される。また、樹脂板３３に設けられた孔部３３ｃがベース板３１の孔部３１ｃに連通することにより、ノズル孔３４が形成される。
　図１６に示すように、液体吐出ヘッドの製造工程の第５工程においては、圧電素子４０が位置する側とは反対側に位置する基板２０の主面に接着剤７１を塗布する。
　図１７に示すように、液体吐出ヘッドの製造工程の第６工程においては、接着剤７１を用いてノズルプレート３０を圧電素子４０が設けられた基板２０に接合する。これにより、圧力室２８ａ、連通路２８ｂ、共通室２８ｃおよび副室２８ｄの下壁がノズルプレート３０によって構成され、圧力室２８ａ、連通路２８ｂ、共通室２８ｃおよび副室２８ｄが形成されるとともに、本実施の形態１に係る液体吐出ヘッド１０が製造される。
　（作用・効果）
　以上のように、本実施の形態に係る液体吐出ヘッド１０においては、圧力室２８ａの下壁が、樹脂板３３とベース板３１とが空気層Ｓ１を挟み込むように圧力室２８ａ側からこの順で配置されることで構成されることにより、加圧状態と減圧状態とで下壁の振動特性が異なるように設けられる。圧力室２８ａの下壁は、加圧状態において上述のように駆動力の低下を防止し、減圧状態において圧力室２８ａの圧力変動を緩和するように構成されている。
　このため、圧力室２８ａの下壁が、インク吐出後にて圧電素子４０からの加圧が停止される状態において圧力室２８ａ内に生じる負圧を低減する。この結果、減圧状態において、圧力室２８ａ内のインクの圧力が飽和水蒸気圧を下回ることを抑制できる。したがって、本実施の形態に係る液体吐出ヘッド１０およびこれを備えたインクジェットプリンタは、高出力を維持しながら気泡の発生を抑制することができる。
　［実施の形態２］
　図１８は、本実施の形態に係る液体吐出ヘッドの圧力室が減圧された減圧状態を示す図である。なお、図１８においては、便宜上のため、圧電素子４０等については省略している。図１８を参照して、本実施の形態に係る液体吐出ヘッドについて説明する。
　本実施の形態に係る液体吐出ヘッド１０Ａは、実施の形態１に係る液体吐出ヘッド１０と比較した場合に、ノズルプレート３０Ａに含まれる樹脂板３３Ａの構成が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。
　樹脂板３３Ａは、ベース板３１と粘性が異なるように設けられている。本実施の形態においては、加圧状態と減圧状態とで圧力室２８ａの下壁の剛性および粘性が異なることにより、圧力室２８ａの下壁が、加圧状態と減圧状態とで異なる振動特性を有する。
　加圧状態においては、樹脂板３３Ａのうち圧力室２８ａに対応する部分３３ａは、ベース板３１のうち圧力室２８ａに対応する部分３１ａに接触した状態で、当該部分３１ａとともに変形する。これにより、加圧状態における圧力室２８ａの下壁の粘性および剛性は、樹脂板３３の粘性および剛性とベース板３１の粘性および剛性とを加算したものとなる。
　一方、減圧状態においては、樹脂板３３Ａのうち圧力室２８ａに対応する部分３３ａは、ベース板３１から離間して独立して変形し圧力室２８ａの圧力変化に追従して振動層２５に近づくように変形する。この際、樹脂板３３Ａのうち圧力室２８ａに対応する部分３３ａは、高次の振動を発生する。
　この高次の振動は、変形角度が大きく、その速度も増加するため、粘性抵抗が大きくなる。これにより、減圧状態において、圧力室２８ａ内の圧力の変動を早く減衰することができ、気泡の発生を抑制することができる。なお、加圧状態においては、樹脂板３３Ａは、ベース板３１に接触しながら変形するため、粘性抵抗はほとんど増加しない。これにより、出力低下が大きくなることはない。
　このように、本実施の形態に係る液体吐出ヘッド１０Ａは、実施の形態１に係る液体吐出ヘッド１０と同等以上の効果が得られる。
　なお、本実施の形態においては、加圧状態と減圧状態とで圧力室２８ａの下壁の剛性および粘性が異なることにより、圧力室２８ａの下壁が、加圧状態と減圧状態とで異なる振動特性を有する場合を例示して説明したが、これに限定されず、加圧状態と減圧状態とで圧力室２８ａの下壁の粘性が異なることにより、圧力室２８ａの下壁が、加圧状態と減圧状態とで異なる振動特性を有していてもよい。
　［実施の形態３］
　図１９は、本実施の形態に係る液体吐出ヘッドの断面図を示す図である。図１９を参照して、本実施の形態に係る液体吐出ヘッド１０Ｂについて説明する。
　図１９に示すように、本実施の形態に係る液体吐出ヘッド１０Ｂは、実施の形態１に係る液体吐出ヘッド１０と比較した場合に、ノズルプレート３０Ｂの構成が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。
　ノズルプレート３０Ｂのベース板３１Ｂは、圧力室２８ａに対応する部分３３ａに突起部３５を有する。突起部３５は、振動層２５に向けて突出するように設けられている。樹脂板３３のうち圧力室２８ａに対応する部分３３ａは、空気層Ｓ１を介して突起部３５を覆うように設けられている。
　このように構成された場合においても、実施の形態１と同様に加圧状態と減圧状態とにおいて圧力室２８ａの下壁の振動特性が異なる。
　加圧状態においては、樹脂板３３のうち圧力室２８ａに対応する部分３３ａは、突起部３５に接触した状態で、ベース板３１Ｂのうち圧力室２８ａに対応する部分３１ａとともに変形する。
　図２０は、図１９に示す液体吐出ヘッドの圧力室が減圧された減圧状態を示す図である。図２０を参照して、液体吐出ヘッド１０Ｂの圧力室２８ａが減圧された減圧状態について説明する。
　減圧状態においては、樹脂板３３のうち圧力室２８ａに対応する部分３３ａは、剛性が小さいため、ベース板３１Ｂの突起部３５から離間して独立して変形し圧力室２８ａの圧力変化に追従して振動層２５に近づくように変形する。
　このように本実施の形態に係る液体吐出ヘッド１０Ｂにおいても、加圧状態と減圧状態とで振動特性が異なるように構成され、圧力室２８ａの下壁が加圧状態において駆動力の低下を防止し、減圧状態において圧力室２８ａの圧力変動を緩和するように変形する。これにより、高出力を維持しながら圧力室２８ａ内に生じる負圧を低減し、気泡の発生が抑制される。
　［実施の形態４］
　図２１は、本実施の形態に係る液体吐出ヘッドのノズルプレートを示す図である。図２１を参照して、本実施の形態に係る液体吐出ヘッドについて説明する。
　本実施の形態に係る液体吐出ヘッドは、実施の形態１に係る液体吐出ヘッド１０と比較した場合に、ノズルプレート３０Ｃの構成が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。
　ノズルプレート３０Ｃは、実施の形態１に係る樹脂板３３に代えて薄膜層３３Ｃを含む。薄膜層３３Ｃは、たとえば、シリコンや金属膜等によって構成される。この薄膜層３３Ｃも実施の形態１に係る樹脂板３３と同様に機能する。これにより、圧力室２８ａの下壁は、加圧状態と減圧状態とにおいて振動特性が異なることとなり、加圧状態において駆動力の低下を防止し、減圧状態において、圧力室２８ａの圧力変動を緩和するように変形する。したがって、本実施の形態に係る液体吐出ヘッドにあっても実施の形態１に係る液体吐出ヘッド１０とほぼ同様の効果が得られる。
　［実施の形態５］
　図２２は、本実施の形態に係る液体吐出ヘッドのノズルプレートを示す図である。図２２を参照して、本実施の形態に係る液体吐出ヘッドについて説明する。
　本実施の形態に係る液体吐出ヘッドは、実施の形態１に係る液体吐出ヘッド１０と比較した場合に、ノズルプレート３０Ｄの構成が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。
　ノズルプレート３０Ｄは、ベース板３１に複数の溝部３１ｄが設けられることにより構成されている。複数の溝部３１ｄは、圧力室２８ａに向けて開口するように設けられている。複数の溝部３１ｄは、たとえばフォトリソ法を用いて形成される。
　このように構成された場合には、加圧状態においては、ノズルプレート３０Ｄが振動層２５から遠ざかるように湾曲する際に、溝部３１ｄの上部側を規定する部分のベース板３１が接触し、ノズルプレート３０Ｄの剛性が高くなる。一方、減圧状態においては、ノズルプレート３０Ｄが振動層２５に近づくように湾曲する際に、溝部３１ｄの上部側を規定する部分のベース板３１が離間するため、剛性が低くなる。
　以上のように本実施の形態に係る液体吐出ヘッドにおいても、加圧状態と減圧状態とで振動特性が異なるように構成され、圧力室２８ａの下壁が加圧状態において駆動力の低下を防止し、減圧状態において圧力室２８ａの圧力変動を緩和するように変形する。これにより、高出力を維持しながら圧力室２８ａ内に生じる負圧を低減し、気泡の発生が抑制される。
　［実施の形態６］
　図２３は、本実施の形態に係る液体吐出ヘッドのノズルプレートを示す図である。図２３を参照して、本実施の形態に係る液体吐出ヘッドについて説明する。
　本実施の形態に係る液体吐出ヘッドは、実施の形態１に係る液体吐出ヘッド１０と比較した場合に、ノズルプレート３０Ｅの構成が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。
　ノズルプレート３０Ｅは、ベース板３１と多孔質のシリコン層３３Ｅとを含む。多孔質のシリコン層３３Ｅは、シリコンから成るベース板３１の表面をフッ酸等の溶液でエッチングすることにより形成することができる。多孔質のシリコン層３３Ｅは、圧力室２８ａに面するように配置される。
　このように構成された場合には、加圧状態においては、ノズルプレート３０Ｅが振動層２５から遠ざかるように湾曲する際に、シリコン層３３Ｅに含まれる複数の孔が潰れる。これにより、複数の孔の周囲に位置する部分のベース板３１が接触し、ノズルプレート３０Ｅの剛性が高くなる。一方、減圧状態においては、ノズルプレート３０Ｅが振動層２５に近づくように湾曲する際に、複数の孔が互いに離間し、ノズルプレート３０Ｅの剛性が低くなる。
　以上のように本実施の形態に係る液体吐出ヘッドにおいても、加圧状態と減圧状態とで振動特性が異なるように構成され、圧力室２８ａの下壁が加圧状態において駆動力の低下を防止し、減圧状態において圧力室２８ａの圧力変動を緩和するように変形する。これにより、高出力を維持しながら圧力室２８ａ内に生じる負圧を低減し、気泡の発生が抑制される。
　［実施の形態７］
　図２４は、本実施の形態に係る液体吐出ヘッドのノズルプレートを示す図である。図２４を参照して、本実施の形態に係る液体吐出ヘッドについて説明する。
　本実施の形態に係る液体吐出ヘッドは、実施の形態１に係る液体吐出ヘッド１０と比較した場合に、ノズルプレート３０Ｆの構成が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。
　ノズルプレート３０Ｆは、ベース板３１および応力制御膜３６を含む。応力制御膜３６は、圧力室２８ａが位置する側とは反対側に位置するベース板３１の主面上に設けられている。応力制御膜３６は、たとえば引張応力を備えるように構成される。応力制御膜３６は、たとえばＳｉＮ層によって構成される。ＳｉＮ膜は、蒸着やＣＶＤ法等を用いて形成される。
　このように構成された場合には、加圧状態においては、ノズルプレート３０Ｆが振動層２５から遠ざかるように湾曲する際に、引張応力の作用により変形しにくくなる。一方、ノズルプレート３０Ｆが振動層２５に近づくように湾曲する際に、引張応力の作用により変形しやすくなる。
　以上のように本実施の形態に係る液体吐出ヘッドにおいても、加圧状態と減圧状態とで振動特性が異なるように構成され、圧力室２８ａの下壁が加圧状態において駆動力の低下を防止し、減圧状態において圧力室２８ａの圧力変動を緩和するように変形する。これにより、高出力を維持しながら圧力室２８ａ内に生じる負圧を低減し、気泡の発生が抑制される。
　［実施の形態８］
　図２５は、本実施の形態に係る液体吐出ヘッドのノズルプレートを示す図である。図２５を参照して、本実施の形態に係る液体吐出ヘッドについて説明する。
　本実施の形態に係る液体吐出ヘッドは、実施の形態１に係る液体吐出ヘッド１０と比較した場合に、ノズルプレート３０Ｇの構成が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。
　ノズルプレート３０Ｇは、ベース板３１および応力制御膜３７を含む。応力制御膜３７は、圧力室２８ａが位置する側に位置するベース板３１の主面上に設けられている。応力制御膜３７は、たとえば圧縮応力を備えるように構成される。応力制御膜３７は、たとえばＳｉＯ２層によって構成される。ＳｉＯ２層は、熱酸化、蒸着、ＣＶＤ法等を用いて形成される。
　このように構成された場合には、加圧状態においては、ノズルプレート３０Ｇが振動層２５から遠ざかるように湾曲する際に、圧縮応力の作用により変形しにくくなる。一方、ノズルプレート３０Ｇが振動層２５に近づくように湾曲する際に、圧縮応力の作用により変形しやすくなる。
　以上のように本実施の形態に係る液体吐出ヘッドにおいても、加圧状態と減圧状態とで振動特性が異なるように構成され、圧力室２８ａの下壁が加圧状態において駆動力の低下を防止し、減圧状態において圧力室２８ａの圧力変動を緩和するように変形する。これにより、高出力を維持しながら圧力室２８ａ内に生じる負圧を低減し、気泡の発生が抑制される。
　なお、上述した実施の形態１から８においては、圧力室２８ａの下壁が、加圧状態と減圧状態とで振動特性が異なるように構成される場合を例示して説明した、これに限定されず、圧力室２８ａの上壁または周壁が加圧状態と減圧状態とで振動特性が異なるように構成されていてもよい。
　また、上述した実施の形態２から７に係る液体吐出ヘッドは、実施の形態１に係るインクジェットプリンタに適用することができる。
　以上説明した本発明に基づく液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口と、上記吐出口に連通する圧力室と、上記圧力室を加圧し、上記圧力室に貯留された上記液体を上記吐出口から吐出させる圧電素子とを備え、上記圧力室を規定する壁部の少なくとも一部が、上記圧電素子により上記圧力室が加圧される加圧状態と、上記吐出口から上記液体が吐出されるとともに上記圧力室への加圧が停止されることにより、上記圧力室が減圧された状態となる減圧状態とにおいて振動特性が異なる部分を含み、上記振動特性が異なる部分は、上記減圧状態において、上記圧力室の圧力変動を緩和するように構成されている。
　上記本発明に基づく液体吐出ヘッドにあっては、上記圧力室を規定する壁部の一部は、上記圧電素子が配置される側と異なる壁部に位置していることが好ましい。
　上記本発明に基づく液体吐出ヘッドにあっては、上記振動特性が異なる部分は、上記減圧状態における剛性が、上記加圧状態における剛性よりも小さくなるように構成されていてもよい。
　上記本発明に基づく液体吐出ヘッドにあっては、上記振動特性が異なる部分は、上記減圧状態における粘性が、上記加圧状態における粘性よりも小さくなるように構成されていてもよい。
　上記本発明に基づく液体吐出ヘッドにあっては、上記振動特性が異なる部分は、第１層と、上記第１層よりも剛性の大きく、上記第１層との間に隙間が形成されるように上記第１層から離間して設けられた第２層とを含むことが好ましく、上記第１層および上記第２層は、上記圧力室側から順に配置されることが好ましい。この場合には、上記加圧状態において、上記第１層は、上記第２層に接触した状態で上記第２層とともに変形することが好ましく、上記減圧状態において、上記第１層は、上記第２層とは独立して変形することが好ましい。
　上記本発明に基づく液体吐出ヘッドにあっては、上記隙間は、空気が充填された空気層によって構成されていることが好ましい。
　上記本発明に基づく液体吐出ヘッドにあっては、上記第２層は、上記圧力室に向けて突出する突起部を有していてもよい。この場合には、上記第１層は、上記突起部との間に隙間が形成されるように上記突起部を覆っていることが好ましい。
　上記本発明に基づく液体吐出ヘッドにあっては、上記第１層は、樹脂、シリコン、または金属膜からなることが好ましい。
　上記本発明に基づく液体吐出ヘッドにあっては、上記振動特性が異なる部分は、上記圧力室を規定する壁部の少なくとも一部に、上記圧力室側に向けて開口する溝部が複数設けられていることにより構成されていてもよい。
　上記本発明に基づく液体吐出ヘッドにあっては、上記振動特性が異なる部分は、上記圧力室側から順に配置された第１層および第２層を含むことが好ましい。この場合には、上記第１層は、多孔質部材によって構成されていてもよい。
　上記本発明に基づく液体吐出ヘッドにあっては、上記振動特性が異なる部分は、上記圧力室側から順に配置された第１層および第２層を含むことが好ましい。この場合には、上記第１層は、上記振動特性が異なる部分に引張応力を作用させる応力制御膜によって構成されていてもよい。
　上記本発明に基づく液体吐出ヘッドにあっては、上記振動特性が異なる部分は、上記圧力室側から順に配置された第１層および第２層を含むことが好ましい。この場合には、上記第１層は、上記振動特性が異なる部分に圧縮応力を作用させる応力制御膜によって構成されていてもよい。
　本発明に基づくインクジェットプリンタは、上記の液体吐出ヘッドを備え、上記液体吐出ヘッドから記録媒体に向けて液体を吐出することで印刷を行なう。
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
　１　インクジェットプリンタ、２　インクジェットヘッド部、３　繰り出しロール、４　巻き取りロール、５ａ，５ｂ　バックロール、６　中間タンク、６Ｔ，７Ｔ　配管ライン、７　送液ポンプ、８　貯留タンク、９　定着装置、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｘ　液体吐出ヘッド、１５　駆動部、２０　基板、２１　ボディ部、２２　ボディ基板、２３，２４　絶縁膜、２５，２５ａ　振動層、２６　従動板、２７　絶縁膜、２８ａ　圧力室、２８ｂ　連通路、２８ｃ　共通室、２８ｄ　副室、２９　インク供給孔、３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆ，３０Ｇ，３０Ｘ　ノズルプレート、３１，３１Ｂ　ベース板、３１ｃ　孔部、３１ｄ　溝部、３２　接着層、３３，３３Ａ　樹脂板、３３ｃ　孔部、３３Ｃ　薄膜層、３３Ｅ　シリコン層、３４　ノズル孔、３５　突起部、３６，３７　応力制御膜、４０　圧電素子、４１　上部電極、４２　圧電体、４３　下部電極、４４　接続部、４５　配線部、５０　インク供給部、５１　筒状部、５２　インク導入路、７１　接着剤。

Claims (13)

  1. 　液体を吐出する吐出口と、
    　前記吐出口に連通する圧力室と、
    　前記圧力室を加圧し、前記圧力室に貯留された前記液体を前記吐出口から吐出させる圧電素子とを備え、
    　前記圧力室を規定する壁部の少なくとも一部が、前記圧電素子により前記圧力室が加圧される加圧状態と、前記吐出口から前記液体が吐出されるとともに前記圧力室への加圧が停止されることにより、前記圧力室が減圧された状態となる減圧状態とにおいて振動特性が異なる部分を含み、
    　前記振動特性が異なる部分は、前記減圧状態において、前記圧力室の圧力変動を緩和するように構成されている、液体吐出ヘッド。
  2. 　前記圧力室を規定する壁部の一部は、前記圧電素子が配置される側と異なる壁部に位置している、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
  3. 　前記振動特性が異なる部分は、前記減圧状態における剛性が、前記加圧状態における剛性よりも小さくなるように構成されている、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
  4. 　前記振動特性が異なる部分は、前記減圧状態における粘性が、前記加圧状態における粘性よりも小さくなるように構成されている、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
  5. 　前記振動特性が異なる部分は、第１層と、前記第１層よりも剛性の大きく、前記第１層との間に隙間が形成されるように前記第１層から離間して設けられた第２層とを含み、
    　前記第１層および前記第２層は、前記圧力室側から順に配置され、
    　前記加圧状態において、前記第１層は、前記第２層に接触した状態で前記第２層とともに変形し、
    　前記減圧状態において、前記第１層は、前記第２層とは独立して変形する、請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
  6. 　前記隙間は、空気が充填された空気層によって構成されている、請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
  7. 　前記第２層は、前記圧力室に向けて突出する突起部を有し、
    　前記第１層は、前記突起部との間に隙間が形成されるように前記突起部を覆っている、請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
  8. 　前記第１層は、樹脂、シリコン、または金属膜からなる請求項５から７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
  9. 　前記振動特性が異なる部分は、前記圧力室を規定する壁部の少なくとも一部に、前記圧力室側に向けて開口する溝部が複数設けられていることにより構成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
  10. 　前記振動特性が異なる部分は、前記圧力室側から順に配置された第１層および第２層を含み、
    　前記第１層は、多孔質部材によって構成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
  11. 　前記振動特性が異なる部分は、前記圧力室側から順に配置された第１層および第２層を含み、
    　前記第１層は、前記振動特性が異なる部分に引張応力を作用させる応力制御膜によって構成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
  12. 　前記振動特性が異なる部分は、前記圧力室側から順に配置された第１層および第２層を含み、
    　前記第１層は、前記振動特性が異なる部分に圧縮応力を作用させる応力制御膜によって構成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
  13. 　請求項１から１２のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドを備え、
    　前記液体吐出ヘッドから記録媒体に向けて前記液体を吐出することで印刷を行なう、インクジェットプリンタ。
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