JP2008087464A - 液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ、液滴吐出装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで、個別液室に侵入した気泡を除去できる方法を達成することにより吐出不良のない高品位なインクジェット記録装置を提供する。
【解決手段】共通液室８、９から分岐した複数の液体流路７と、液体流路７にそれぞれ連通したノズル４と、液体流路７のノズル７と対向する位置にヒータ２が配設されたアクチュエータ基板５とを有する液滴吐出ヘッドにおいて、アクチュエータ基板５は、液体流路７内の前記ノズル４と対向する面の一部に凹部１０を有し、この凹部１０は液体流路７とは別に共通液室８、９と連通する第２の流路１１を有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、プリンタ、ファックス、プロジェクタなどに使用する液滴吐出ヘッド、これを備える液体カートリッジ、及びこの液体カートリッジを搭載する液滴吐出装置に関するものである。

従来から、液滴吐出ヘッドとしては、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、インクを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド等、多数の技術が研究されかつ知られている（例えば、特許文献１乃至９参照）。
この中で、プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像記録装置（画像形成装置）として用いるインクジェット（液滴吐出）記録装置は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する個別液室（インク流路、吐出室、加圧液室、流路とも称される）と、この個別液室内のインクを加圧するための駆動手段（圧力発生手段）とを備えた液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドを搭載したものである。以下では、上記インクジェット（液滴吐出）ヘッドを中心に説明をする。
インクジェットヘッドとしては、駆動手段が圧電素子である技術（特許文献１）、静電気力を利用した技術（特許文献２）、及び気泡圧力（以下、「バブル式」と言う）による技術（特許文献３）などがある。

上記の技術の中でバブル式によるものは、信号が印加される配線、この配線を介して発熱してインクを加熱し発泡させることができるヒータ、及びインクが充填される個別液室を有し、ヒータによる発泡エネルギによって個別液室のインクをから吐出する。
この時、一般的には、ノズル軸方向とインク供給流れ方向が平行であるインクジェットヘッドはエッジシュータ型、インク供給流れ方向とノズル軸方向が直交に配置されているインクジェットヘッドはサイドシュータ型と呼ばれている。
エッジシュータ型の特徴としては、流路板にヒータ、配線を設けて、天板を貼り付けることで基本的な構成が得られるため、量産に向いている。また、多ノズル化、小型化にも向いている。
その反面、リフィル応答速度が遅く、吐出パワーがサイドシュータ型よりも低く、キャビテーションが生じ易いというデメリットがある。これらの特徴からエッジシュータ型はプリンタ初期においては広く使用されており、現在ではラインヘッドプリンタなどの一部に採用されている。

一方、サイドシュータ型は、ノズル口がヒータの真上に位置することで、インクを升で量る効果がありかつインク吐出量が均一化する。また、吐出する際に気泡が大気に連通するためにキャビテーションが生じない。
そのため、ヘッド寿命が長くなる。また、気泡発生方向と吐出方向が一致するので、吐出パワーが高まる。加えて、流路側に大きな衝撃波が伝わらないので、インクリフィルが速く、メニスカスも安定するため、高速印字に好適であり、現在、バブル式によるプリンタの主流となっている。
これらのバブル式、圧電式、静電式の何れの駆動手段を用いた場合においても、インクジェットプリンタは、近年、ますます高画質、高速、高信頼性の印刷の要求が強まっているが、これらの要求を満たすための課題も多くある。

その中の１つに気泡の問題がある。気泡はインクの初期充填時にインク供給系の中に残っているもの、又はインクカートリッジの取り換え時に侵入するものなどがある。これらの気泡は共通液室にあるうちは特に問題とはならないが、これが共通液室を経由し個別液室に運ばれる場合に問題が発生する。
すなわち、個別液室に運ばれてヒータ部まで侵入した気泡は、上記の何れの駆動手段に拘わらずインクを吐出させるための圧力を吸収してしまい、これによりインク吐出不良の原因となる。このため、この気泡を除去する種々の対策が提案されている。例えば、共通液室における提案として、特許文献４においては、共通液室天板部に気泡トラップを設けることで、気泡が個別液室へ侵入するのを防ぐことを提案している。
また、特許文献５及び６においては、共通液室において気泡排出孔を設けることを提案している。さらに、特許文献７においては、共通液室の壁面に凹凸を設けることで気泡トラップとすることを提案している。

また、特許文献８においては、気泡排出用の専用流路を設け、インクの吸引回復動作時等にこの流路から吸引回復機構によりインク及び気泡を吸い出すことを提案しているが、この場合にはプリンタヘッド周りの構造が複雑となりコストアップを招く。
さらに、特許文献９においては、第２ヒータで発生させた気泡で個別液室に侵入した気泡を集合させて気泡排出機構によって気泡の排出を行うことを提案しているが、これも前記提案と同様に構造が複雑となりコストアップを招く。
さらにまた、特許文献１０においては、ヒータ基板とは反対側に気泡トラップを設置し、この気泡とラップからさらに共通液室への連通孔があり、その連通孔へ気泡が抜ける技術が開示されている。
特公平２−５１７３４号公報 特開平５−５０６０１号公報 特公昭６１−５９９１１号公報 特開２００２−１０３６４５公報 特開平１０−１６６５８７号公報 特開２００３−７２０６５公報 特開平１０−３１５４５９号公報 特開平９−２０７３５４号公報 特開平７−１９５７１１号公報 特開平１０−０２４５７２号公報

しかしながら、これらの提案においては、これらの気泡トラップ部付近を通る気泡は或る程度除去することは可能であるが、気泡トラップ及び排除機構から遠い場所からの共通液室へ侵入する気泡、すなわち、共通液室中央部を通過する気泡を除去することは困難であり、この気泡は最終的には個別液室へ侵入して吐出不良の原因となる。
このようにこれまでに提案された種々の技術（特許文献１乃至１０）における各種の気泡対策は、それぞれ一長一短で、何れも初期の目的が完全に満足されるものではない。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、低コストで、個別液室に侵入した気泡を除去できる方法を達成することにより、バブル式の液滴吐出ヘッド、これを備える液体カートリッジ、及びこの液体カートリッジを使用する吐出不良のない高品位な液滴吐出（インクジェット）記録装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、共通液室と、前記共通液室から分岐した複数の液体流路と、前記液体流路にそれぞれ連通したノズルと、前記液体流路の前記ノズルの近傍にヒータが配設されたアクチュエータ基板と、を有する液滴吐出ヘッドにおいて、前記液体流路の鉛直方向上側の面に前記共通液室と連通する第２の流路を有することを特徴とする。
また請求項２に記載の発明は、前記アクチュエータ基板は、前記液体流路の鉛直方向上側の面の一部に凹部を有する請求項１記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。
また請求項３に記載の発明は、前記凹部は、前記ヒータの前記共通液室側にヒータに隣接して配置されている請求項１記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。
また請求項４に記載の発明は、前記第２の流路は、前記凹部内の最もヒータに近い位置に配置されている請求項１記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。
また請求項５に記載の発明は、前記第２の流路は、前記アクチュエータ基板を貫通している請求項１記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。

また請求項６に記載の発明は、前記液体流路の前記凹部と対向する面に凸部が形成されている請求項１記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。
また請求項７に記載の発明は、前記凸部の高さは、液体流路高さの少なくとも１／２倍以上、２倍以下で、且つ前記凹部の形成面と接しない請求項６記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。
また請求項８に記載の発明は、前記液体流路内に配置した前記凸部の位置は、前記凹部から前記共通液室に連通された前記第２の流路の位置より上流側に配置される請求項１記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。
また請求項９に記載の発明は、前記第２の流路は、前記液体流路側の開口径が前記共通液室側の開口径より大きく且つ上流側の壁面を傾斜面とした請求項１記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。
また請求項１０に記載の発明は、前記ヒータの下流側に形成した請求項１記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。

また請求項１１に記載の発明は、前記共通液室に気泡が逆流するのを防止する逆止弁を設けた請求項１記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。
また請求項１２に記載の発明は、前記凹部と前記共通液室を連通する前記液体流路はＩＣＰドライエッチング加工により形成される請求項１乃至１１のいずれか１項記載の液滴吐出ヘッドを特徴とする。
また請求項１３に記載の発明は、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとこの液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクを一体化した液体カートリッジにおいて、前記液滴吐出ヘッドが請求項１乃至１２のいずれか１項記載の液滴吐出ヘッドである液体カートリッジを特徴とする。
また請求項１４に記載の発明は、液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置において、前記液滴吐出ヘッドとして、請求項１乃至１２のいずれか１項記載の液滴吐出ヘッドを使用する液体カートリッジを搭載する液滴吐出装置を特徴とする。
また請求項１５に記載の発明は、請求項１４記載の液滴吐出装置を備えている画像形成装置を特徴とする。

本発明の液滴吐出ヘッドによれば、液体流路の鉛直方向上側の面に共通液室と連通する第２の流路を形成することによって、気泡は重力と逆方向に移動するため、例えばサイドシュータ型の液滴吐出ヘッドでは、液体流路を通って個別液室に運ばれた気泡がヒータに侵入する前に、第２の流路を通って共通液室へ排出されるため、ヒータによる吐出圧力をロスすることなく安定した吐出を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
なお、本実施の形態では、本発明の液滴吐出ヘッドとしてサイドシュータ型の液滴吐出ヘッドを例に挙げて説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係る液滴吐出ヘッドを示す模式的透視図である。図２は図１の個別液室部の詳細をＡ−Ａ断面で示す断面図である。図１及び図２を参照して、以下に本発明の構成及び動作の概要を示す。なお、図２は図１を上下反転した状態で描写している。
この液滴吐出ヘッド１は、熱エネルギを発生するヒータ２及びこのヒータ２に信号を印加する配線３を有するアクチュエータ基板５を含んでいる。このアクチュエータ基板５に感光性樹脂を用いて個別液室を形成する隔壁６が設けられており、この隔壁６の上部にＮｉ等からなるインク供給孔１３を有するノズル板４が接着されており、これにより個別流路７が形成されている。
共通液室８及び９から供給された液体（インク）は、ヒータ２の熱エネルギの作用でインクに急峻な体積増大を伴う状態変化を生起し、その状態変化に基づく作用力によってノズル（インク供給孔）１３から液滴を吐出させる。
この時、共通液室８及び９から侵入した吐出圧を吸収しかつ吐出不良の要因となる気泡は、アクチュエータ基板５に形成された凹部１０及び気泡排出用流路（第２の流路）１１及びノズル板４に形成された凸部１２により共通液室８側に排出される。

図３は図２の液室部の断面での液滴吐出ヘッドの第１の実施形態の製造工程を示す断面図である。まず、図３（ａ）に示すようにＳｉ基板２０上にヒータの熱を効率よくインクに伝えるための蓄熱層として熱酸化膜２１を膜厚１〜３μｍ程度で形成する。
次に、電子ビーム蒸着やスパッタ法などによりヒータとなる発熱抵抗層２２を０．３〜１μｍ程度で成膜する。発熱抵抗層材料としては、ＨｆＢ₂、ＺｒＢ₂等の金属ホウ化物は特性がよく一般的に使用されるが、その他の材料でも通電されることによって所望の熱が発生するものであればよい。
この発熱抵抗層２２の上にアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等の低抵抗配線材料層２３を膜厚０．３〜１μｍ程度で発熱抵抗層２２と同様に電子ビーム蒸着やスパッタ法などにより成膜する。

次に、図３（ｂ）に示すように、リソグラフィ及びエッチング技術により低抵抗配線材料２３及び発熱抵抗層２２を所望の配線パターン３２を形成し、さらに、再度リソグラフィ及びエッチング技術により配線パターン３２上の低抵抗配線材料２３を所望のヒータ形状にパターニングしヒータ２５を形成する。図３（ｂ）にはこの図中のＢ−Ｂ線に沿う断面図も示している。
次に図３（ｃ）に示すように、膜厚０．５〜３μｍ程度のＳｉＯ₂等の耐インク層２６、及びインクの消泡時に発生するキャビテーションに耐えるための耐キャビテーション層２７として膜厚０．５〜１μｍ程度のＴａ等をスパッタ等により成膜する。
次いで、図３（ｄ）に示すように、リソグラフィ技術により気泡トラップの凹部形状をレジストパターンで形成する。次に、このレジストパターンをマスクに耐キャビテーション層２７及び耐インク層２６をメタルドライエッチング装置にてドライエッチングを行い開口する。

次に、酸化膜ドライエッチ装置により熱酸化膜２１のドライエッチングを行い、酸化膜を開口する。これにより気泡トラップの凹部形状にＳｉ露出部が形成される。次に、ＩＣＰドライエッチング装置を用いてＳｉ基板２０を所望の気泡トラップ深さまでエッチングする。これにより、気泡トラップ部となる凹部２８が形成される。
この時、気泡トラップ凹部２８の配置はヒータ２５と干渉しない最もヒータ２５に近い位置に配置することで個別液室に侵入した気泡が反重力方向に移動する時間を稼ぐことができ、これにより気泡がよりトラップへ捕らえられ易くなる。
またこれにより個別液室のサイズを小さくすることができるためヘッドの小型化、低コスト化を実現できる。この時、図示しない共通液室部も同時に気泡トラップ凹部２８と同様の加工を行う。
次に、図３（ｅ）に示すように、リソグラフィ技術により気泡トラップ凹部２８の底面にこの気泡トラップ凹部２８と共通液室を連通させる流路のパターニング２９を行う。この時、気泡トラップ凹部２８の段差が大きい場合は、レジストコートにおいてはスプレーコータが有効である。

次に、ＩＣＰエッチャ（ドライエッチング装置）でのドライエッチング技術により基板を貫通させ、気泡排出用流路３０を完成させる。この時、前記と同様に、図示しない共通液室部も同時に基板貫通エッチングを行い、共通液室を完成させる。
気泡排出用流路３０は最も排出効率のよい位置に設置されているため、安定した気泡排出性能を得ることができる。また、気泡排出用流路３０の加工が最も容易である形状であり、低コストの液滴吐出ヘッドを得ることができる。
ＩＣＰエッチャによるエッチングではエッチングとデポプロセスを交互に切り換えて側壁を守りながらエッチングを進行させるボッシュプロセスを使用することが有効である。
具体的には、エッチングステップにおいては圧力１００〜２００ｍＴ、コイルパワー２０００〜３０００Ｗ、１サイクルエッチング時間７〜１０秒、ＳＦ₆流量３００〜５００秒ｃｍ、プラテンパワー６０〜１００Ｗ、デポステップにおいては圧力２０〜５０ｍＴ、コイルパワー１８００〜２５００Ｗ、１サイクルデポ時間３〜５秒、Ｃ₄Ｆ₈流量１００〜２００秒ｃｍのエッチング条件で良好な形状を得ることができる。

次に、図３（ｆ）に示すように、レジスト除去後、耐インク性を有する膜、例えば、ポリパラキシリレン等を蒸着装置にて蒸着する。これによりＩＣＰエッチング部においても耐インク性のある膜３１の成膜が完成する。
以上の方法により製造した基板においては気泡トラップの凹部及び気泡排出用流路を備える基板を得ることができるため、高品位で安定した印刷が可能な液滴吐出ヘッドを得ることができる。
ドライエッチングによるＳｉ深掘りエッチングを利用して形成するので、量産性に優れた安定した製造プロセスであり、安価で高信頼性を持つ液滴吐出ヘッドを製造することができる。
なお、本実施の形態ではドライエッチングにより凹部１０及び気泡排出用流路１１を形成する場合を例に挙げて説明したが、ドライエッチングに限らず、ウエットエッチング、或いはドライエッチングとウエットエッチングの併用により凹部１０及び気泡排出用流路１１を形成することも勿論可能である。

図４は図２の液室部の断面での液滴吐出ヘッドの第２の実施形態の製造工程を示す断面図である。まず、液体流路の凹部と対向する面に形成される凸部の形成方法を説明する。
最初に図４（ａ）に示すように、ＳＵＳ基板３３にリソグラフィ技術により所望の大きさのノズル開口用のレジストパターン３４を形成する。次に、図４（ｂ）に示すように、Ｎｉ電鋳技術により、Ｎｉを所望の厚さまで成長させる。これによりノズル板４が形成される。
次に、図４（ｃ）に示すように、リソグラフィ技術により所望する凸部形状が開口部となるレジストパターン３５を形成する。この時、凸部パターンの位置は図１に示すノズル板４を貼り合わせるアクチュエータ基板５に形成された凹部１０と対向する位置とし、レジスト厚さは所望する凸部高さ以上とする。
次に、図４（ｄ）に示すように、再度Ｎｉ電鋳技術により、Ｎｉを成長させる。これにより凸部３６が形成される。次に、図４（ｅ）に示すように、凸部を所望の高さまで研磨により加工する。最後に、図４（ｆ）に示すようにレジスト除去を行い、凸部１２付きノズル板４が完成する。

次に、図１を用いて凸部１２が形成されたノズル板４を用いた個別液室の形成方法について述べる。まず、前記第１の実施形態にて完成したアクチュエータ基板５に感光性樹脂を用いてリソグラフィ技術により個別液室を形成する隔壁６を設ける。続いて、この隔壁６上にスクリーン印刷等の技術により接着剤を塗布し、これに凸部１２付きノズル板４を貼り付ける。
この時、ノズル板４に形成された凸部１２は、アクチュエータ基板５の凹部１０と対向する位置関係となるよう形成されている。このため、図１に示す個別液室（液体流路）７において、この個別液室７に侵入した気泡はこの凸部１２により気泡トラップ凹部１０に導かれるため、効率よく気泡を排出して気泡排出効率を高めることができ、安定した気泡排出性能を有する液滴吐出ヘッドを得ることができる。
図５は本実施形態の液滴吐出ヘッドの個別液室部の詳細を示す断面図である。まず、図５に示す各部位は、それぞれノズル開口部１３、ノズル板４、ヒータ２、アクチュエータ基板５、気泡トラップ凹部１０、気泡排出用流路１１、個別液室７である。

図５（ａ）はヒータ２と対向する面、すなわちノズル面に凸部がない場合の気泡の流れを、ヒータ２でのバブル発生圧力３９を示す断面図とともに示している。自然現象として気泡は重力と逆方向へ移動するため、個別液室７の比較的上部から侵入した気泡３７は自然に気泡トラップ凹部１０へ導かれヒータ部へ侵入することがない。
しかしながら、個別液室７の下部より侵入した気泡３８は気泡トラップ凹部１０に捕らえられる前にトラップ凹部１０を通過してしまう場合があり、結果としてヒータ２が設けられているヒータ部へ侵入することになる。ヒータ部へ侵入した気泡３８は、ヒータ２でのバブル発生圧力３９を吸収することになり吐出不良の原因となる。
しかし、図５（ｂ）に示すように、ノズル面に設置された凸部１２がある場合には、図の個別液室７の底部より侵入した気泡３８は凸部１２に衝突することにより気泡３８は上方へ押し上げられ気泡トラップ凹部１０で捕らえられるようになる。

また図５（ｃ）に示すように、個別液室７の上下の中央あたりから侵入した気泡４０も液体の流れ４１が凸部１２により気泡トラップ凹部１０へ導かれているため気泡４０はそれ自体の反重力方向へ移動しようとする性質とこの液体の流れの相互作用により気泡トラップ部１０へ導かれる。これにより効率よく気泡を排出することができるため安定した液滴吐出ヘッドを得ることができる。
この時、図５（ｄ）に示すように、凸部１２の効果が最大に発揮されるのは、凸部１２の高さＨが個別液室７の高さＬの１／２倍以上であり、また吐出後のヒータ２への液体のリフィル効率からは２倍以下であることが有効であると実験で確認された。
従って、凸部１２の適正高さＨは、個別液室７の高さＬの１／２倍〜２倍が最も有効である。但し、凸部１２は個別液室７の凹部１０の形成面と接しないものとする。
このように、凸部高さと個別液室高さの相対関係が気泡排出性に最もよい関係となるため安定した気泡排出性能を得ることができる。なお、凸部１２の形成方法については前述したのでここでは省略する。

図６はノズル板に形成された凸部とアクチェエータ基板凹部に形成された気泡排出用流路の位置関係を示す断面図である。図６にはノズル板４に形成された凸部１２とアクチェエータ基板ｍｐ凹部１０に形成された気泡排出用流路１１の位置関係を示している。
まず、図６（ａ）は凸部１２が気泡排出用流路１１よりヒータ側にある場合を示している。この場合、気泡４２は凸部１２により気泡トラップ凹部１０へ導かれる。しかし、液体流れ４３の下流側へ運ばれるため気泡排出用流路１１へ到達しにくくなり、この気泡トラップ内で保持されることになる。
通常状態においてはこの状態でも問題は起きにくいが、個別液室７内の圧力変動や液体供給状態の変化等があった場合には、せっかくトラップした気泡がトラップを飛び出しヒータ側へ逃げ出す恐れがある。
これに対し、図６（ｂ）に示すように、気泡排出用流路１１が凸部１２よりヒータ側にある場合は、気泡トラップに導かれた気泡は液体流れに沿って自然に気泡排出用流路１１に運ばれるため、トラップした気泡を確実に排除できる。これにより、凸部１２と凹部１０の相対位置が最も気泡排出効率がよい位置となるため、安定した気泡排出性能を有する液滴吐出ヘッドを得ることができる。なお、凸部１２及び気泡排出流路１１の形成方法については上述したのでここでは省略する。

次に、本発明の本実施形態の液滴吐出ヘッドの他の実施形態について説明する。なお、以下に説明する液滴吐出ヘッドにおいては、図１、図２と同一部位には同一符号を付して説明は省略する。
図７は本発明の第２の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの概略構成を模式的に示した図である。図７に示す液滴吐出ヘッドは、気泡排出用流路（第２の流路）１１の気泡流入側（個別流路７側）の開口径を気泡排出側（共通液室８側）の開口径より大きく形成し、さらに上流側に位置する気泡排出用流路１１の壁面が傾斜面ｔとなるように形成している。このように構成した場合も、図１及び図２に示した第１の実施形態の液滴吐出ヘッド１と同様、個別流路７側の気泡を共通液室８側に容易に排出することができる。
また液滴吐出ヘッドを製造する際には、アックチュエータ基板５に凹部１０を形成する必要がないため、第１の実施形態の液滴吐出ヘッド１では気泡排出用流路１１と凹部１０を形成するために２回行っていたアックチュエータ基板５のエッチング加工が１回で済むといった利点がある。

図８は本発明の第３の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの概略構成を模式的に示した図である。図８に示す液滴吐出ヘッドは、気泡排出用流路１１を、ヒータ２の下流側に形成するようにしている。このように構成した場合は、仮にヒータ２が設けられているヒータ部へ気泡が浸入したとしても、浸入した気泡を気泡排出用流路１１を通して共通液室８へ排出することができる。
図９は本発明の第４の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの概略構成を模式的に示した図である。図９に示す液滴吐出ヘッドは、共通液室８に気泡が逆流するのを防止する逆止弁１０１を設けるようにしたものである。このように構成すると、気泡が気泡排出用流路１１を通って個別流路７に逆流するのを防止することができる。

図１０（ａ）は、本発明の第５の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの概略構成を模式的に示した図である。この図に示す液滴吐出ヘッドは、気泡排出用流路１１として個別流路７側の開口径を共通液室８側の開口径より大きく形成し、且つ、共通液室８側に複数の開口を形成するようにしたものである。このように気泡排出用流路１１を形成した場合は、個別流路７側の圧力損失を減らしつつ、個別流路７側の気泡を共通液室８側に容易に排出することが可能になる。
図１０（ｂ）は、本発明の第６の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの概略構成を模式的に示した図である。この図に示す液滴吐出ヘッドは、個別流路７の鉛直方向上側の面の一部に形成された凹部１０の上面がテーパ面（傾斜面）１０ｂとなるように形成したものである。このように構成した場合は、凹部１０に形成したテーパ面１０ａにより気泡が気泡排出用流路１１に誘導されるので共通液室８側に容易に排出することが可能になる。
図１０（ｃ）は、本発明の第７の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの概略構成を模式的に示した図である。この図に示す液滴吐出ヘッドは、個別流路７の鉛直方向上側の面の一部に形成された凹部１０の上面がテーパ面（傾斜面）１０ａとなるように形成したうえで、個別流路７の鉛直方向下側の面で、気泡排出用流路１１と対応する位置に図示するような傾斜を有する突起１０２を形成するようにしたものである。このように構成した場合は、突起１０２の傾斜により個別流路７の気泡が気泡排出用流路１１に誘導されるので、気泡の流れがスムーズになり気泡の排出効率の向上を図ることが可能になる。

図１０（ｄ）は、本発明の第８の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの概略構成を模式的に示した図である。この図に示す液滴吐出ヘッドは、ヒータ２の上流側と下流側に夫々気泡排出用流路１１ａ、１１ｂを形成するようにしたものである。このように構成した場合は、仮にヒータ２が設けられているヒータ部へ気泡が浸入したとしても、浸入した気泡を、気泡排出用流路１１を通して共通液室８へ排出することができる。
図１０（ｅ）は、本発明の第９の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの概略構成を模式的に示した図である。この図に示す液滴吐出ヘッドは、凹部１０の略中央に気泡排出用流路１１を形成したうえで、図示するように、凹部１０の上面がテーパ面（傾斜面）１０ａとなるように形成したものである。このように構成した場合は気泡排出用流路１１をヒータ２から離して形成することが可能になり、アクチュエータ基板５の基板強度を保持するのに有利な構成となる。

図１１は、本発明の第１０の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの概略構成を示した図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）はヒータ部分の平面図である。この図１１（ａ）（ｂ）に示す液滴吐出ヘッドは、ヒータ２の周囲に段差を設けたうえで、気泡排出用流路１１を形成する。つまり、ヒータ２部分を島状に形成する。そのうえで、個別流路７の鉛直方向下側の面で、気泡排出用流路１１と対応する位置に突起１２を形成するようにしたものである。このように構成した場合は、個別流路７の気泡を共通液室８側に確実に排出することが可能になる。また、気泡排出用流路１１と対応する位置に突起１２を形成したことで、個別流路７の圧力が逃げるのを防止することが可能になる。
また本実施形態では、液滴吐出ヘッドの一例として、サイドシュータ型の液滴吐出ヘッドを例に挙げて説明したが、これはあくまでも一例であり、エッジシュータ型の液滴吐出ヘッドにも適用可能である。

図１２は本発明を適用したエッジシュータ型の液滴吐出ヘッドの概略構成を示した図であり、この図に示すように、エッジシュータ型の液滴吐出ヘッドは、インク供給孔１３の軸方向とインク供給流れ方向が平行になるような位置にインク供給孔１３が形成されている。
図１３は液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとこの液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクを一体化した液体カートリッジを示す概略図である。図１３において、この液体カートリッジ５０は、ノズル５１等を有する上記各実施形態のいずれかの液滴吐出ヘッド５２と、この液滴吐出ヘッド５２に対して液体を供給する液体タンク５３とを一体化したものである。
このように液体タンク一体型の液滴吐出ヘッドの場合、この液滴吐出ヘッドの性能は直ちに液体カートリッジ５０全体の性能に繋がるので、上述したような高密度、長尺の液滴吐出ヘッドを使用することによって、生産性に優れるとともに、高信頼、高画質、高速記録の能力を有する液体カートリッジを達成することができる。

図１４はインクジェット記録装置を示す概略斜視図である。
図１５は図１４のインクジェット記録装置の機構部を示す側面図である。
図１４及び図１５を参照して、このインクジェット記録装置５４は、その本体の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ５５、このキャリッジ５５に搭載した本発明を実施したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド５８、この記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ５０等で構成される印字機構部５９等を収納している。
インクジェット記録装置本体５４の下方部には前方側から多数枚の用紙６０を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい）６１を抜き差し自在に装着することができる。
また、用紙６０を手差しで給紙するための手差しトレイ６１を開倒することができ、給紙カセット６１或いは手差しトレイ６２から給送される用紙６０を取り込み、印字機構部５９によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ６３に排紙する。

印字機構部５９は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド５６と従ガイドロッド５７とでキャリッジ５５を主走査方向（図１５で紙面垂直方向）に摺動自在に保持する。
このキャリッジ５５にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明に係るインクジェットヘッドからなる液滴吐出ヘッド５８を複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。また、キャリッジ５５には液滴吐出ヘッド５８に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ５０を交換可能に装着している。

インクカートリッジ５０は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェット（液滴吐出）ヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクを僅かな負圧に維持している。
また、記録ヘッドとしてここでは各色の液滴吐出ヘッド５８を用いているが、各色のインク滴（液滴）を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
ここで、キャリッジ５５は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド５６に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド５７に摺動自在に載置している。
そして、このキャリッジ５５を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ６４で回転駆動される駆動プーリ６５と従動プーリ６６との間にタイミングベルト６７を張装し、このタイミングベルト６７をキャリッジ５５に固定しており、主走査モータ６４の正・逆回転によりキャリッジ５５が往復駆動される。

一方、給紙カセット６１にセットした用紙６０をヘッド５８の下方側に搬送するために、給紙カセット６１から用紙６０を分離給装する給紙ローラ６８及びフリクションパッド６９と、用紙６０３を案内するガイド部材７０と、給紙された用紙６０を反転させて搬送する搬送ローラ７１からの用紙６０の送り出し角度を規定する先端コロ７２とを設けている。搬送ローラ７１は副走査モータ７３によってギヤ列を介して回転駆動される。
そして、キャリッジ５５の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ７１から送り出された用紙６０を液滴吐出ヘッド５８の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材７４を設けている。
この印写受け部材７４の用紙搬送方向下流側には、用紙６０を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ７５、拍車７６を設け、さらに用紙６０を排紙トレイ６３に送り出す排紙ローラ７７及び拍車７８と、排紙経路を形成するガイド部材７９、８０とを配設している。

記録時には、キャリッジ５５を移動させながら画像信号に応じて液滴吐出ヘッド５８を駆動することにより、停止している用紙６０にインクを吐出して１行分を記録し、用紙６０を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙６０の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙６０を排紙する。
また、キャリッジ５５の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、液滴吐出ヘッド５８の吐出不良を回復するための回復装置８１を配置している。回復装置８１はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。
キャリッジ５５は印字待機中にはこの回復装置８１側に移動されてキャッピング手段で液滴吐出ヘッド５８がキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で液滴吐出ヘッド５８の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（図示せず）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。

このように、このインクジェット（液滴吐出）記録装置においては、本発明を実施したインクジェット記録ヘッドを搭載しているので、高画質、高速での記録を行うことができる。また、高速であるので、インクジェット記録装置全体の消費電力も低減できる。
なお、上記実施形態においては、本発明をインクジェット記録ヘッドに適用したが、インク以外の液滴、例えば、パターニング用の液体レジストを吐出する液滴吐出ヘッドにも適用することができる。

本発明に係わる液滴吐出ヘッドを示す模式的透視図である。 図１の個別液室部の詳細をＡ−Ａ断面で示す断面図である。 図２の液室部の断面での液滴吐出ヘッドの第１の実施形態の製造工程を示す断面図である。 図２の液室部の断面での液滴吐出ヘッドの第２の実施形態の製造工程を示す断面図である。 本発明の個別液室部の詳細を示す断面図である。 ノズル板に形成された凸部とアクチェエータ基板凹部に形成された気泡排出用流路の位置関係を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの概略構成を模式的に示した図である。 本発明の第３の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの概略構成を模式的に示した図である。 本発明の第４の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの概略構成を模式的に示した図である。 本発明の第５〜９の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの概略構成を模式的に示した図である。 本発明の第１０の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの概略構成を示した図である。 本発明を適用したエッジシュータ型の液滴吐出ヘッドの概略構成を示した図である。 液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとこの液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクを一体化した液体カートリッジを示す概略図である。 インクジェット記録装置を示す概略斜視図である。 図８のインクジェット記録装置の機構部を示す側面図である。

符号の説明

１ 液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）、２ ヒータ、４ ノズル（ノズル板）、５ アクチュエータ基板、７ 液体流路（個別流路）、８ 共通液室、９ 共通液室、１０ 凹部（気泡トラップ凹部）、１０ａ、テーパ面、１１ 第２の流路（気泡排出用流路）、１２ 凸部、５０ 液体（インク）カートリッジ、５２ 液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）、５３ 液体（インク）タンク、５４ 液滴吐出装置（インクジェット記録装置）、１０１ 逆止弁、１０２ 突起

Claims (15)

1. 共通液室と、前記共通液室から分岐した複数の液体流路と、前記液体流路にそれぞれ連通したノズルと、前記液体流路の前記ノズルの近傍にヒータが配設されたアクチュエータ基板と、を有する液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記液体流路の鉛直方向上側の面に前記共通液室と連通する第２の流路を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記アクチュエータ基板は、前記液体流路の鉛直方向上側の面の一部に凹部を有することを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
3. 前記凹部は、前記ヒータの前記共通液室側にヒータに隣接して配置されていることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
4. 前記第２の流路は、前記凹部内の最もヒータに近い位置に配置されていることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
5. 前記第２の流路は、前記アクチュエータ基板を貫通していることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
6. 前記液体流路の前記凹部と対向する面に凸部が形成されていること特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
7. 前記凸部の高さは、液体流路高さの少なくとも１／２倍以上、２倍以下で、且つ前記凹部の形成面と接しないことを特徴とする請求項６記載の液滴吐出ヘッド。
8. 前記液体流路内に配置した前記凸部の位置は、前記凹部から前記共通液室に連通された前記第２の流路の位置より上流側に配置されることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
9. 前記第２の流路は、前記液体流路側の開口径が前記共通液室側の開口径より大きく且つ上流側の壁面を傾斜面としたことを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
10. 前記第２の流路は、前記ヒータの下流側に形成したことを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
11. 前記共通液室に気泡が逆流するのを防止する逆止弁を設けたことを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
12. 前記凹部と前記共通液室を連通する前記液体流路はＩＣＰドライエッチング加工により形成されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項記載の液滴吐出ヘッド。
13. 液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとこの液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクを一体化した液体カートリッジにおいて、前記液滴吐出ヘッドが請求項１乃至１２のいずれか１項記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする液体カートリッジ。
14. 液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置において、前記液滴吐出ヘッドとして、請求項１乃至１２のいずれか１項記載の液滴吐出ヘッドを使用する液体カートリッジを搭載することを特徴とする液滴吐出装置。
15. 請求項１４記載の液滴吐出装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。

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