JP2009051081A

JP2009051081A - 液滴吐出ヘッド、一体型液滴吐出ヘッドユニット及び画像形成装置

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Publication number: JP2009051081A
Application number: JP2007219602A
Authority: JP
Inventors: Kozo Urasaki; 好三浦崎
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2007-08-27
Filing date: 2007-08-27
Publication date: 2009-03-12

Abstract

【課題】インクの着弾ズレやインクミストを防止できる液滴吐出ヘッドまたは一体型液滴吐出ヘッドユニットを提供し、さらに該液滴吐出ヘッドまたは一体型液滴吐出ヘッドユニットを用いて高品位な液滴吐出記録装置とした画像形成装置を提供する。
【解決手段】液滴を吐出する複数のノズル孔５が並べて配列されたノズル列が、前記ノズルの並び方向と交差する方向に複数並べて配列されたノズル面（ノズル板４）を有する液滴吐出ヘッドにおいて、前記ノズル板４と前記液滴が着弾する面とで挟まれた空間に液滴が着弾する方向に気流を発生させる、気流発生孔８、チャンバー１１、気流発生装置１４からなる気流発生機構を装備している。
【選択図】図５

Description

本発明は、液滴吐出ヘッド、一体型液滴吐出ヘッドユニット及び該液滴吐出ヘッド、一体型液滴吐出ヘッドユニットを用いたインクジェット記録装置であるプリンタ、ファックス、プロッタなどの画像形成装置に関するものである。

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がある。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（以下「圧電式」と言う。）によるもの(特許文献１)、静電気力（以下「静電式」と言う。）によるもの(特許文献２)、及び気泡圧力（以下「バブル式」と言う。）によるもの(特許文献３)などがある。
これらのバブル式、圧電式、静電式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ーは近年、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。特にオフィス用途における高速印字の要求は高くこれに対しては、ヘッドが往復運動をする現在主流のシリアル方式ではなく、ヘッドを動かすことなく高速印字が可能なライン方式が有効であり現在、各社で開発が進められている。

ライン方式におけるヘッドとしては、主走査方向印字範囲を一つのヘッドでカバーする長尺ヘッド配置型と、小型ヘッドを必要数並べて主走査方向印字範囲をカバーする分割配置型とに大別できる。前者においては部品点数が少なくヘッドの組み立て時間が短縮できるメリットがある反面、各部品が細長くなるため反りなどの部品単位での寸法精度課題があり、また例えば1ビットのみの不具合でヘッド全体が不良品となれば損失が大きくなるというデメリットがある。これに対し後者はヘッドを高精度に並べる技術が必要でありまた、並べたヘッドの個々の特性を１つのヘッドとして調和させる必要があるなどの課題はあるが、反面、現状の量産技術が確立された小型ヘッドを用いることができるため部品単体としての課題が少ないことまた例えば不良ビットがあればその部分のヘッドのみを交換することで対応が可能といったメリットもある。

このようにライン方式のインクジェットヘッドには、その方式によりそれぞれの特徴があるが、何れの方式においてもヘッドとして長尺となるためヘッド回りの環境の均一化が重要となる。すなわち、現状の小型ヘッドにおいても例えば全チャンネル吐出時においては、各ノズルからのインクの吐出に周囲の空気が引きずられノズル板近傍の空間は減圧傾向となるため周囲からの空気が気流となってこの減圧空間に流れ込み、これにより吐出されたインクが曲って着弾位置にずれが発生することが知られているが、この減圧状態の発生はノズル数やインク吐出スピードに比例するため高速印字を狙うラインヘッドにおいては特にその影響が大きい。

従って、ラインヘッドにおいてはヘッド周辺の環境を均一にすることが印字品質を向上させるうえで重要な課題となっている。これはラインヘッドのみ限らず現状のシリアル方式のヘッドで高速印字を実現しようとした場合にも同様の課題が発生することになる。また、印字の高速化、高精細化に伴いインク滴の微細化も進んでおり、微細なインク滴が印字紙面に着弾できずミストとなってヘッド周辺に漂うことでヘッドを汚しこれがヘッド故障の原因となることも課題となってきている。

これらの課題に対する対策として、例えば特許文献４においては、ヘッド前方からノズル面に連通する孔を設け移動時にヘッドにヘッド前方からの空気を取り込みこれをノズル面に排出することでヘッド移動時のミストの巻き上げ防止を図ることを提案している。
また、特許文献５においては、ヘッド近傍にダクトを設けヘッド回りの空気を吸い込むことでインクミストを除去することを提案している。更に特許文献６においては、ノズル孔外周に凸部を設けることで減圧の発生による空気の流れ込みを軽減することで着弾ズレを防止することを提案している。

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２００２−２７３８５９号公報特開２００５−２７１３１４号公報特開２００４−２１６７７４号公報

しかしながら、特許文献４においては、ヘッド全体への均一な空気供給ではないので逆にノズル面と印字紙面間の圧力バランスが不安定となり、着弾ズレが発生することが予想される。また、特許文献５においても同様にノズル面全体から見ると圧力の不均一により着弾ズレが発生する恐れがある。また、特許文献６においてはヘッド長手方向近傍以外においては空気の流れ込みに対する防止効果はなく、またミスト対策としての効果はなく十分な対策と言い難かった。

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、液滴吐出ヘッドにおけるノズル面近傍、一体型液滴吐出ヘッドユニットにおけるノズルユニット面近傍の環境を均一化することで、これによりインクの着弾ズレやインクミストを防止できる液滴吐出ヘッドまたは一体型液滴吐出ヘッドユニットを提供し、さらに該液滴吐出ヘッドまたは一体型液滴吐出ヘッドユニットを用いて高品位な液滴吐出記録装置とした画像形成装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために提供する本発明は、以下の通りである。
（１）液滴を吐出する複数のノズルが並べて配列されたノズル列が、前記ノズルの並び方向と交差する方向に複数並べて配列されたノズル面を有する液滴吐出ヘッドにおいて、前記ノズル面と前記液滴が着弾する面とで挟まれた空間に液滴が着弾する方向に気流を発生させる気流発生機構を装備していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
（２）前記（１）に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記気流発生機構は、気流発生部と、該気流発生部に連通しているチャンバーと、該チャンバーからノズル面に連通し該ノズル面で開口している気流発生孔とからなることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
（３）前記（２）に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記気流発生孔は、少なくとも前記ノズル面の最外周のノズル列の両サイドに配置されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
（４）前記（２）に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記チャンバーは、前記ノズル面の直上に設けられていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
（５）前記（１）〜（４）のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記気流は空気の流れであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
（６）前記（１）〜（５）のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記ノズルから液滴を吐出させる圧力を発生する圧力発生手段は、前記ノズルの直上に設けられていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
（７）前記（６）に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧力発生手段がサーマル式または圧電式であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
（８）前記（１）〜（７）のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記液滴となる液体を供給する液体収容手段が一体に設けられていることを特徴する液滴吐出ヘッド。
（９）液滴を吐出する複数のノズルが並べて配列されたノズル列が設けられたノズル面を有する液滴吐出ヘッドを複数個一体に形成した一体型液滴吐出ヘッドユニットにおいて、気流発生部と、該気流発生部に連通するチャンバーと、該チャンバーから前記液滴吐出ヘッドそれぞれのノズル面が配列されてなるノズルユニット面に連通し該ノズルユニット面で開口している気流発生孔と、からなり、前記ノズルユニット面と前記液滴が着弾する面とで挟まれた空間に該液滴が着弾する方向に気流を発生させる気流発生機構を有することを特徴とする一体型液滴吐出ヘッドユニット。
（１０）前記（９）に記載の一体型液滴吐出ヘッドユニットにおいて、前記気流発生孔は、前記ノズルユニット面の隣り合うノズル面の間に設けられることを特徴とする一体型液滴吐出ヘッドユニット。
（１１）前記（９）に記載の一体型液滴吐出ヘッドユニットにおいて、前記気流発生孔は、少なくとも前記ノズルユニット面の最外周のノズル面の両サイドに設けられることを特徴とする一体型液滴吐出ヘッドユニット。
（１２）前記（９）〜（１１）のいずれかに記載の一体型液滴吐出ヘッドユニットにおいて、前記液滴を吐出するための圧力発生手段がサーマル式、圧電式、静電式のいずれかの方式であることを特徴とする一体型液滴吐出ヘッドユニット。
（１３）液滴を吐出させて画像を形成する画像形成装置において、前記（１）〜（８）のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド又は前記（９）〜（１２）のいずれかに記載の一体型液滴吐出ヘッドユニットを備えていることを特徴とする画像形成装置。

本発明の効果として、請求項１の発明によれば、前記ノズル面と前記液滴が着弾する面とで挟まれた空間は液滴が飛翔する方向に一様な気体の流れが形成されこれにより全チャンネル吐出時においてもノズル面と印字紙面間に形成される空間は減圧されることがないため、インクの着弾ズレがなく且つ紙面に着弾しないミストの発生を抑えることができ高品質な印字が可能となる。
請求項２の発明によれば、気流発生部より発生した気流はチャンバー内に蓄積・加圧されるため、気流発生部に変動が発生した場合でもその変動を吸収し、一様な状態で気流発生孔を通してノズル面へ供給されるため安定した気流を発生させることができ、着弾ズレのない高品質な印字が可能となる。
請求項３の発明によれば、気流は全てのノズル孔の周辺に均一に供給されるため全チャンネル液滴吐出時にはノズル面最外周のノズルにおいても液滴吐出による大気圧の影響を受けることがなく、全てのノズルにおいて着弾ズレのない高品質な印字が可能となる。
請求項４の発明によれば、チャンバーに蓄積された気流は最短距離でノズル面全体に供給されるため安定した気流を発生させることができ高品質な印字が可能となる。
請求項５の発明によれば、気流は空気を使用するため複雑な機構を構築する必要がなく低コストで必要な気流を発生させることができ着弾ズレのない高品質、低コストな印字が可能となる。
請求項６の発明によれば、シンプルな構造で液滴を加圧しノズル孔より液滴を吐出することができるため低コストな印字が可能となる。
請求項７の発明によれば、圧力発生手段がバブル方式、圧電方式いずれの場合でも、全チャンネル液滴吐出時においてもノズル表面と印刷紙との間に形成される空間は安定した気流に満たされているので、ヘッド外周からの影響を受けることなく、着弾ズレのない高品質な印字が可能となる。
請求項８の発明によれば、液体収容手段が一体に設けられているので、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ものとすることができる。
請求項９の発明によれば、一体型液滴吐出ヘッドユニットとして全チャンネル液滴吐出時においてもノズル表面と印刷紙との間に形成される空間は安定した気流に満たされているので、ヘッド外周からの影響を受けることなく、着弾ズレのない高品質な印字が可能となる。
請求項１０の発明によれば、一体型液滴吐出ヘッドユニットにおいて、気流は全てのノズル孔の周辺に均一に供給されるため全チャンネル液滴吐出時にはノズルユニット面最外周のノズル面においても液滴吐出による大気圧の影響を受けることがなく、全てのノズルにおいて着弾ズレのない高品質な印字が可能となる。
請求項１１の発明によれば、一体型液滴吐出ヘッドユニットにおいて、気流は全てのノズル孔の周辺に均一に供給されるため全チャンネル液滴吐出時にはノズルユニット面最外周のノズル面においても液滴吐出による大気圧の影響を受けることがなく、全てのノズルにおいて着弾ズレのない高品質な印字が可能となる。
請求項１２の発明によれば、圧力発生手段がサーマル式、圧電式、静電式のいずれの場合でも、全チャンネル液滴吐出時においてもノズル表面と印刷紙との間に形成される空間は安定した気流に満たされているので、ヘッド外周からの影響を受けることなく、着弾ズレのない高品質な印字が可能となる。
請求項１３の発明によれば、本発明の液滴吐出ヘッドあるいは本発明の一体型液滴吐出ユニットを有しているので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インクジェット記録装置としての画像形成装置を提供することができる。

以下に、本発明に係る液滴吐出ヘッドの構成について説明する。
まず、本発明に係る液滴吐出ヘッドのノズル板においてノズル孔をレーザを用いて形成する方法について図１を用いて説明する。

レーザ加工には大別して２つのタイプがあり、本発明ではいずれのタイプも用いることができる。１つは、レーザを光学系で絞り込み、ノズル板上に焦点を当てて１孔１孔穿孔するタイプである。もう１つはマスクＭを使用して多くのノズル孔５を一度に形成するタイプである。前者は１点ずつ穿孔箇所を移動する際に時間がかかるため、後者の方が加工効率、つまり生産コストに優れている。後者はさらに２つのタイプに分けることができる。１つは図１に示すようなマスクＭをノズル板４に密着させるタイプであり、もう１つはマスクとノズル板の間にレンズを介在させるタイプ（以下、レンズ介在型と言う）である。

前者の密着型は、マスクとノズル板の密着度によって光の干渉度合いが変わってしまう。密着度が１つのノズル板上でばらつく場合、穿孔されるノズルの形状、大きさがばらつくことになり、ひいてはインク吐出量のばらつきにつながってしまう。その点、後者のレンズ介在型はマスクの密着度に依存することなく、均一なノズル穿孔ができる点で最も優れた方式である。

レーザの光源としてはいくつかあるが、エキシマレーザであることが好ましい。ＹＡＧレーザでは穴が開くもののエッジ面が荒れ、また赤外線であるＣＯ₂レーザでは穴の周囲にクレーターを生じるという欠点を有しており、これらのレーザ加工はいわゆるレーザ熱加工であって、光エネルギーを熱エネルギーに変換することにより加工を行うため、加工形状を崩しやすく微細な加工を行うことは困難である。これに対し、エキシマレーザによるレーザブレーション加工は、炭素原子の共有結合を切断する光化学反応によって昇華エッチングを行うものであるため、加工形状を崩しにくく、非常に高精度の加工が行えるものである。ここで、レーザブレーション加工方法とは、液相状態を介することなくレーザにより昇華加工を行う方法を意味するものである。

以上の方法により、図２に示すノズル孔５が形成されたノズル板４が完成する。なお、図示していないが、本発明の液滴吐出ヘッドにおけるノズル板に形成される気流発生孔も同様の方法で形成する。

次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドの第１の実施の形態について説明する。
図３は、本発明に係る液滴吐出ヘッドの第１の実施の形態の模式図である。図３（ａ）はノズル面から見た正面図、（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図３において、それぞれベース１、アクチュエータ基板２、液室形成部材３、ノズル板４、ノズル孔５、ノズル列５Ｌ、アクチュエータ基板２のインク供給孔６、ヒーター７、ノズル面に形成されチャンバーへ連通する気流発生孔８、液体供給ライン９、共通液室１０、チャンバー１１、チャンバー構成部材１２、ベースのインク供給孔１３、気流発生装置１４、液滴吐出ヘッド部１５を示す。

本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数のノズル５が並べて配列されたノズル列５Ｌ（図３（ａ）では図中上下方向にノズル５が１２個配列されたもの）が、前記ノズル５の並び方向と交差する方向に複数並べて配列された（図３（ａ）ではノズル列５Ｌが図中左右方向に６列配列されている。）ノズル面となるノズル板４を有するとともに、前記ノズル面と前記液滴が着弾する面とで挟まれた空間に液滴が着弾する方向に気流を発生させる気流発生機構を装備していることを特徴とする。

ここで、気流発生機構は、空気の流れである気流を発生する気流発生部の一態様である気流発生装置１４と、気流発生装置１４に連通しているチャンバー１１と、チャンバー１１からノズル面に連通し該ノズル面で開口している気流発生孔８とからなる。

また、気流発生孔８は、少なくとも前記ノズル面の最外周のノズル列５Ｌの両サイドに配置されていることが好ましい。図３（ａ）では、すべてのノズル列５Ｌの両サイド（図中左右両側）に気流発生孔８が配置されている。

また、チャンバー１１は、前記ノズル面の直上に設けられており、チャンバー１１の気流はベース１の孔、アクチュエータ基板２の孔、液室形成部材３の孔を通って最短距離でノズル面の気流発生孔８に送られる構造となっている。

また、本実施の形態では、ノズル５から液滴を吐出させる圧力を発生する圧力発生手段は、サーマル式（バブル式）であり、ノズル５の直上に設けられている（図示せず）。ここでは、圧力発生手段で発生させた圧力とともに液体が液体供給ライン９、共通液室１０、ベースのインク供給孔１３、アクチュエータ基板２のインク供給孔６、液室形成部材３で囲まれる空間（液室パターン２１４）を通って、ノズル５から液滴として吐出される。

つぎに、本実施の形態（圧力発生手段がサーマル式（バブル式））の液滴吐出ヘッドの製造手順を、図３及び図４を用いて説明する。図４は、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法のうちアクチュエータ基板形成工程及び流路形成工程及びアクチュエータ基板と流路部材とノズル板との組み立て工程における図３（ａ）の断面Ａ-Ａの状態を示している。

（Ｓ１１）まず、図４(ａ)に示すようにＳｉ基板２０１上にヒーター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２０２を膜厚１〜３μｍ程度で形成し、次に電子ビーム蒸着やスパッタ法などによりヒーターとなる発熱抵抗層２０３を０．３〜１μｍ程度で成膜する。発熱抵抗層材料としては、ＨｆＢ₂、ＺｒＢ₂等の金属ホウ化物が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２０３の上にＡｌやＣｕ等の低抵抗配線材料層２０４を膜厚０．３〜１μｍ程度で発熱抵抗層２０３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。
（Ｓ１２）次に、図４(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層２０４及び発熱抵抗層２０３から所望の配線パターン２０５を形成し、更に図４(ｃ)に示すように、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２０５上の低抵抗配線材料層を所望のヒーター形状にパターニングし、ヒーター２０６を形成する。なお、前記に示した低抵抗配線材料層は断面に現れないので図示していない。
（Ｓ１３）次に、図４(ｄ)に示すように、膜厚０．５〜３μｍ程度のＳｉＯ_２等の耐インク層２０７、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２０８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。
（Ｓ１４）次に、図４(ｅ)に示すように、耐キャビテーション層２０８上にレジストパターンＲを形成し、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２０８及び耐インク層２０７について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。更に同じ位置にて酸化膜ドライエッチ装置により熱酸化膜２０２のドライエッチングを行う。これにより、インク供給孔となる孔２０９及びチャンバーへの連通孔となる孔２１０が形成され、Ｓｉ基板２０１が露出する。
（Ｓ１５）次に、図４(ｆ)に示すように、ＩＣＰドライエッチング装置を用いて、孔２０９，２１０で露出しているＳｉ基板２０１を貫通エッチングすることで、Ｓｉ基板２０１にインク供給孔６となる孔２１１及びチャンバーへの連通孔となる孔２１２が形成される。ＩＣＰエッチャーのエッチングではエッチングステップとデポジットプロセス（デポプロセス）を交互に切り替えて行ない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１００〜２００ｍＴｏｒｒ、コイルパワー２０００〜３０００Ｗ、１サイクルエッチング時間７〜１０ｓ、ＳＦ₆流量３００〜５００ｓｃｃｍ、プラテンパワー６０〜１００Ｗ、デポステップにおいては圧力２０〜５０ｍＴｏｒｒ、コイルパワー１８００〜２５００Ｗ、１サイクルデポ時間３〜５ｓ、Ｃ₄Ｆ₈流量１００〜２００ｓｃｃｍのエッチング条件で良好な形状を得ることができる。
（Ｓ１６）次に、図４(ｇ)に示すように、レジストＲ除去後、耐インク性をもつ膜、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２１３の成膜が完成する。
（Ｓ１７）次に、図４(ｈ)に示すように、耐キャビテーション層２０８上の膜２１３にドライフィルムレジストを貼りリソグラフィ技術によりエッチングして液室形成部材３及び該液室形成部材３で囲まれる空間である液室パターン２１４を形成する。次に、図４(ｉ)に示すように図３に示すノズル板４を接着する。これによりバブル方式の圧力発生機構を有し、アクチュエータ基板２、液室形成部材３、ノズル板４からなる液滴吐出ヘッド部１５が完成する。

次に、液滴吐出ヘッド部１５に形成される気流発生機構について、図３（ｂ）、（ｃ）の断面図Ａ-Ａ及び断面図Ｂ-Ｂを用いて説明する。前述のように完成した液滴吐出ヘッド部１５にベース１、共通液室１０、液体供給ライン９を組み立て、更に共通液室１０が装着された側のベース１を覆う構造であるチャンバー構成部材１２を形成する。これによりノズル５から液体供給ライン９に通じる液体経路が完成する。

またチャンバー構成部材１２とベース１とで囲まれた空間はチャンバー１１となり、該チャンバー１１に気流発生装置１４の一端を接続する。気流発生装置１４としてはモータ回転を利用したフィン、ダイヤフラムポンプと気流が通るダクトの組合せなどが挙げられるが、それ以外の機構であっても問題ないことは言うまでもない。また気流発生装置１４のもう一端は大気に開放する。これでノズル板４に形成された気流発生孔８からチャンバー１１を経由して気流発生装置１４へ連通する気流発生機構が出来上がる。
以上で、気流発生機構を有したバブル方式の液滴吐出ヘッドの完成となる。

図５に、ノズル面と液滴が着弾する面（印字紙面）とで挟まれた空間における液滴の飛翔状態を示す。図５（ａ）は従来の液滴吐出ヘッドの場合であり、図５（ｂ）は本発明の液滴吐出ヘッドの場合を示している。
まず図５（ａ）では、例えば全チャネル吐出時に液滴に周囲の空気が引っ張られ、ノズル面と印字紙面間に減圧が生じることにより、液滴が印字幅の中央方向に引き寄せられる気流が生じて着弾ズレが発生する。また、この気流により液滴のミストの飛散が起こり、ヘッドを汚してしまう。

これに対して、図５（ｂ）の本発明では、気流発生装置１４によりチャンバー１１内に送り込まれた空気は、チャンバー内で大気圧より高い安定した圧力に保持され、この圧力によりノズル面に形成された気流発生孔８から安定した気流が印字紙面方向に発生する。これにより全チャネル吐出時に液滴に周囲の空気が引っ張られても、気流発生機構の気流によりノズル面と印字紙面間に十分な大気が供給されるため当該空間の減圧は発生せず着弾ズレのない高品位の印字が可能となる。さらに、印字紙面に届かなかった細かなミストも該気流により印字紙面に運ばれるのでミストによるヘッドの汚れやこの汚れに起因する不具合の発生も防止することができる。また、ノズル面に設置された気流発生孔８を、少なくとも最外周のノズル列５Ｌの両サイド（外側と内側の両方）に配置することでノズル面全体が安定した気流で満たされることになり、最外周のノズル列５Ｌにおいても更に安定した着弾ズレのない液滴吐出を行うことができる。

つぎに、本発明に係る液滴吐出ヘッドの第２の実施の形態について説明する。ここでは、圧力発生手段を圧電方式とした場合の実施の形態を示す。
図６は、本発明に係る液滴吐出ヘッドの第２の実施の形態の模式図である。図６（ａ）はノズル面から見た正面図、（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図６において、それぞれ液体供給ライン９、共通液室１０、チャンバー１１、チャンバー構成部材１２、気流発生装置１４、ベース２１、振動板２２、流路板２３、ノズル板２４、ノズル孔２５、ノズル列２５Ｌ、流路板２３の加圧液室２６、ノズル面に形成されチャンバーへ連通する気流発生孔２８、液滴吐出ヘッド部２９、圧電素子３０、圧電層３１、内部電極層３２、個別電極３３、共通電極３４、ＦＰＣケーブル３５を示す。

本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数のノズル２５が並べて配列されたノズル列５Ｌ（図６（ａ）では図中上下方向のノズル孔２５の列）が、前記ノズル孔２５の並び方向と交差する方向に複数並べて配列された（図６（ａ）ではノズル列２５Ｌが図中左右方向に２列配列されている。）ノズル面となるノズル板２４を有するとともに、前記ノズル面と前記液滴が着弾する面とで挟まれた空間に液滴が着弾する方向に気流を発生させる気流発生機構を装備していることを特徴とする。

ここで、気流発生機構は、空気の流れである気流を発生する気流発生部の一態様である気流発生装置１４と、気流発生装置１４に連通しているチャンバー１１と、チャンバー１１からノズル面に連通し該ノズル面で開口している気流発生孔２８とからなる。

また、気流発生孔２８は、少なくとも前記ノズル面の最外周のノズル列２５Ｌの両サイドに配置されていることが好ましい。図６（ａ）では、すべてのノズル列２５Ｌの両サイド（図中左右両側）に気流発生孔２８が配置されている。

また、チャンバー１１は、前記ノズル面の直上に設けられており、チャンバー１１の気流は振動板２２の孔、流路板２３の孔を通って最短距離でノズル面の気流発生孔２８に送られる構造となっている。

ここで、図７を用いて圧電方式での圧力発生手段を用いる場合に個別液室を形成する流路板２３の製造手順を説明する。
（Ｓ２１）図７(ａ)に示すように、厚さ４００μｍのＳｉ基板（ウェハ）４０１を用意し、その両面に厚さ１μｍのシリコン酸化膜４０２、厚さ０．１５μｍの厚さのシリコン窒化膜４０３を形成した。使用するウェハの種類は両面研磨ウェハ、両面未研磨ウェハ、片面未研磨ウェハのいずれを使用してもかまわない。また比抵抗も揃っている必要は無く、例えば本実施形態では比抵抗０．１〜１００Ωｃｍのウェハを使用している。
（Ｓ２２）次に、図７(ｂ)に示すように、ノズル孔２５の接合面に、ノズル面側連通管パターン４０４と、接合時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜きパターン４０５と、基板貫通孔を形成するためのパターン４３０の形状となるようにレジストのパターニング４０６を行い、その後パターニング４０６に従ってシリコン窒化膜４０３をドライエッチングにてパターニングを行った。この工程では肉抜きパターン４０５は加圧液室２６とほぼ同じ形状にて形成した。なお、この工程で図中には示していないが、余剰接着剤を吸収するスリットを連通管４１２の周囲に例えば１０μｍ幅で形成する。
（Ｓ２３）次に、図７(ｃ)に示すように、連通管部のパターン４０７及び基板貫通パターン４３１の形状にシリコン酸化膜４０２のパターニングを行った。
（Ｓ２４）次に、図７(ｄ)に示すように、ウェハ４０１表裏を反転し、振動板２２の接合面側の個別液室パターン４０８と、振動板２２との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜きパターン４０９と、基板貫通孔を形成するためのパターン４３２の形状となるようにレジストのパターニング、およびシリコン窒化膜４０３のみのパターニングを行った。またこの工程で図中には示していないが、余剰接着剤を吸収するスリットを個別液室４１７間の長辺方向に、例えば１０μｍ幅で形成する。
（Ｓ２５）次に、図７(ｅ)に示すように、連通管部のパターン４１０及び基板貫通孔パターン４３３の形状にシリコン酸化膜４０２のパターニングを行った。
（Ｓ２６）次に、図７(ｆ)に示すように、ＩＣＰドライエッチャーによるシリコンエッチングのためのマスク形成を行い、レジスト４１１を形成した。この際のレジスト４１１の膜厚は８μｍとしその後、ＩＣＰドライエッチャーを使用して連通管形状４１２及び基板貫通孔４３４のパターニングを行った。
（Ｓ２７）その後、図７(ｇ)に示すように、レジスト４１１を除去して水酸化カリウム水溶液によりシリコンの異方性エッチングを行って、Ｓｉ基板（ウェハ）４０１を貫通する連通管４１３及び基板貫通孔４３５を形成した。
（Ｓ２８）次に、図７(ｈ)に示すように、加圧液室部４１４および振動板接合時の肉抜き部４１５，４１６のシリコン酸化膜４０２をウェットエッチングにて除去を行った。
（Ｓ２９）その後、図７(ｉ)に示すように、個別液室部４１７、ノズル接合面の疑似液室部４１８、余剰接着剤吸収用の肉に基部４１９をシリコンの異方性エッチングにより形成した。個別液室２６の形成時には、個別液室２６よりも断面積の小さい液体供給路４２０も同時に形成した。個別液室部２６の形成時のシリコンの異方性エッチングは水酸化カリウム水溶液濃度３０％、処理温度８５℃で行った。
（Ｓ２ａ）最後に、図７(ｊ)に示すように、シリコン窒化膜４０３／シリコン酸化膜４０２の除去を行い、その後耐インク接液膜としてシリコン酸化膜４２１を１μｍの厚さで形成し、これにより個別液室２６のパターンが形成された流路板２３が完成する。なお、本実施形態ではノズル接合面と振動板接合面との接合面積がほぼ同じになるように、ノズル接合面の形状は疑似個別液室の形状になるようにパターニングを行うとよい。

また、本実施の形態では、ノズル２５から液滴を吐出させる圧力を発生する圧力発生手段は、圧電方式であり、ノズル５の直上に設けられている。この圧電方式の圧力発生手段は、圧電素子３０及びこれに接合し電圧を印加するＦＰＣケーブル３５で構成される（図６）。圧電素子３０は、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電層３１と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極層３２とを交互に積層したものであり、内部電極３２を交互に端面の端面電極（外部電極）である個別電極３３、共通電極３４に電気的に接続したものである。この圧電常数がｄ３３である圧電素子３０の伸縮により振動板２２を介して加圧液室２６を収縮、膨張させるようになっている。圧電素子３０に駆動信号が印加され充電が行われると伸長し、また圧電素子３０に充電された電荷が放電すると反対方向に収縮するようになっている。

なお、圧電素子部材の一端面の端面電極はハーフカットによるダイシング加工で分割されて個別電極３３となり、他端面の端面電極は切り欠き等の加工による制限で分割されずにすべての圧電素子３０で導通した共通電極３４となる。そして、圧電素子３０の個別電極３３には駆動信号を与えるために半田接合又はＡＣＦ（異方導電性膜）接合若しくはワイヤボンディングでＦＰＣケーブル３５を接続し、このＦＰＣケーブル３５には各圧電素子３０に選択的に駆動波形を印加するための駆動回路（ドライバＩＣ）を接続している。また、共通電極３４は、圧電素子の端部に電極層を設けて回し込んでＦＰＣケーブル３５のグラウンド（ＧＮＤ）電極に接続している。

このように製造したノズル板２４、流路板２３及び圧電式圧力発生機構を備える液滴吐出ヘッド部２９においては、例えば、記録信号に応じて圧電素子３０に駆動波形（１０〜５０Ｖのパルス電圧）を印加することによって、圧電素子３０に積層方向の変位が生起し、振動板２２を介して流路板２３に形成された個別液室２６内のインクが加圧されて圧力が上昇し、ノズル板２４に形成されたノズル孔２５からインク滴が吐出される。

次に、本発明の液滴吐出ヘッドに形成される気流発生機構を、図６を用いて説明する。
まず、圧電式の液滴吐出ヘッド部２９にベース２１、共通液室１０、液体供給ライン９を組み立て、更にベース２１を覆う構造であるチャンバー構成部材１２を形成する。これによりノズル孔２５から液体供給ライン９に通じる液体経路が完成する。
またチャンバー構成部材１２とベース２１とで囲まれた空間はチャンバー１１を構成し、該チャンバー１１に気流発生装置１４の一端を接続する。気流発生装置１４としてはモータ回転を利用したフィン、ダイヤフラムポンプなどが挙げられるがそれ以外の機構であっても問題ないことは言うまでもない。また気流発生装置１４のもう一端は大気に開放する。これでノズル板２４に形成された気流発生孔２８からチャンバー１１を経由して気流発生装置１４へ連通する気流機構が出来上がる。
以上で、気流発生機構を有した圧電方式の液滴吐出ヘッドの完成となる。

本実施形態の液滴吐出ヘッドにおいても第１の実施の形態と同様の効果が得られる。すなわち、図６の液滴吐出ヘッドでは、気流発生装置１４によりチャンバー１１内に送り込まれた空気は、チャンバー内で大気圧より高い安定した圧力に保持され、この圧力によりノズル面に形成された気流発生孔２８から安定した気流が印字紙面方向に発生する。これにより全チャネル吐出時に液滴に周囲の空気が引っ張られても、気流発生機構の気流によりノズル面と印字紙面間に十分な大気が供給されるため当該空間の減圧は発生せず着弾ズレのない高品位の印字が可能となる。さらに、印字紙面に届かなかった細かなミストも該気流により印字紙面に運ばれるのでミストによるヘッドの汚れやこの汚れに起因する不具合の発生も防止することができる。また、ノズル面に設置された気流発生孔２８を、少なくとも最外周のノズル列２５Ｌの両サイド（外側と内側の両方）に配置することでノズル面全体が安定した気流で満たされることになり、最外周のノズル列２５Ｌにおいても更に安定した着弾ズレのない液滴吐出を行うことができる。

つぎに、本発明に係る一体型液滴吐出ヘッドユニットについて説明する。
図８は、本発明に係る一体型液滴吐出ヘッドユニットの構成例を示す模式図である。図８（ａ）はノズル面から見た正面図、（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図８において、それぞれ一体型液滴吐出ヘッドユニット６００、ベース６０１、液滴吐出ヘッド６０２、気流発生孔６０３、チャンバー構成部材６０４、チャンバー６０５、気流発生装置６０６を示す。図８では、液滴吐出ヘッドの主走査方向の動きを不要（ラインヘッド）とするため、小型ヘッド（液滴吐出ヘッド６０２）を用紙幅の長さまで並べた分割ヘッド配置型の一体型液滴吐出ユニットを示している。

本発明に係る一体型液滴吐出ヘッドユニット６００は、液滴を吐出する複数のノズルが並べて配列されたノズル列が設けられたノズル面を有する液滴吐出ヘッド６０２を複数個一体に形成した一体型液滴吐出ヘッドユニットであって、気流発生部である気流発生装置６０６と、該気流発生装置６０６に連通するチャンバー６０５と、ベース６０１におけるチャンバー６０５から液滴吐出ヘッド６０２それぞれのノズル面が配列されてなるノズルユニット面に連通し該ノズルユニット面で開口している気流発生孔６０３と、からなり、前記ノズルユニット面と前記液滴が着弾する面６０７とで挟まれた空間に該液滴が着弾する方向に気流を発生させる気流発生機構を有することを特徴とする。

ここで、気流発生孔６０３は、前記ノズルユニット面の隣り合う液滴吐出ヘッド６０２のノズル面の間に設けられることが好ましい。あるいは、気流発生孔６０３は、少なくとも前記ノズルユニット面の最外周のノズル面の両サイドに設けられることが好ましい。

また、液滴吐出ヘッド６０２における前記液滴を吐出するための圧力発生手段がサーマル式、圧電式、静電式のいずれかの方式であることが好ましい。

つぎに、図８の一体型液滴吐出ユニットの製造方法について図８を用いて説明する。
まず、前述した本発明の液滴吐出ヘッドである液滴吐出ヘッド６０２を一つのベース６０１上に、主走査方向には印字が必要な用紙幅分（図８では１２個）、副走査方向には必要数（図８では４列）を配置する。この時、ベース６０１上には並べられる各液滴吐出ヘッド６０２の間及び最外周の液滴吐出ヘッド６０２の外側のスペースにはベース６０１を貫通する気流発生孔６０３が形成されている。

次に、前記液滴吐出ヘッド６０２が配置されたベース６０１を覆う構造となるチャンバー構成部材６０４を形成する。これによりチャンバー構成部材６０４とベース６０１とで囲まれた空間はチャンバー６０５を形成し、該チャンバー６０５に気流発生装置６０６の一端を接続する。気流発生装置としてはモータ回転を利用したフィン、ダイヤフラムポンプなどが挙げられるがそれ以外の機構であっても問題ないことは言うまでもない。また気流発生装置のもう一端は大気に開放する。これでベース６０１に形成された気流発生孔６０３からチャンバー６０５を経由して気流発生装置６０６へ連通する気流発生機構が出来上がる。
以上で、バブル式または圧電式の圧力発生手段を持つ気流発生機構を有した分割ヘッド配置型の一体型液滴吐出ユニットの完成となる。

図８の一体型液滴吐出ユニットでは、気流発生装置６０６によりチャンバー６０５内に送り込まれた空気は、チャンバー６０５内で大気圧より高い安定した圧力に保持され、この圧力によりベース６０１に形成された気流発生孔６０３から安定した気流が印字紙面６０７への方向に発生する。これにより全ての液滴吐出ヘッド６０２からの吐出時に液滴に周囲の空気が引っ張られても、気流発生機構の気流によりノズル面と印字紙面間に十分な大気が供給されるため当該空間の減圧は発生せず着弾ズレのない高品位の印字が可能となる。さらに、印字紙面に届かなかった細かなミストも該気流により印字紙面に運ばれるのでミストによるヘッドの汚れやこの汚れに起因する不具合の発生も防止することができる。また、ノズル面に設置された気流発生孔６０３を、少なくとも最外周のノズル面の両サイド（外側と内側の両方）に配置することでノズル面全体が安定した気流で満たされることになり、最外周のノズル面においても更に安定した着弾ズレのない液滴吐出を行うことができる。

なお、本実施形態では本発明の液滴吐出ヘッド、すなわち個別に気流発生機構（図示していない）を持つヘッドを並べて一体型としたが、個々のヘッドには該気流発生機構を持たせずに一体型ヘッドユニットとして全体で該気流発生機構を装備する態様でもよい。

図９に、本発明に係る一体型液滴吐出ヘッドユニットの別の構成例を示す。
一体型液滴吐出ヘッドユニット７００は、液滴を吐出する複数のノズルが並べて配列されたノズル列が設けられたノズル面を有する液滴吐出ヘッド７０２を複数個一体に形成した一体型液滴吐出ヘッドユニットであって、気流発生部である気流発生装置６０６と、該気流発生装置６０６に連通するチャンバー６０５と、ベース７０１におけるチャンバー６０５から液滴吐出ヘッド７０２それぞれのノズル面が配列されてなるノズルユニット面に連通し該ノズルユニット面で開口している気流発生孔７０３と、からなり、前記ノズルユニット面と前記液滴が着弾する面とで挟まれた空間に該液滴が着弾する方向に気流を発生させる気流発生機構を有することを特徴とする。ここで、一体型液滴吐出ヘッドユニット７００は、主走査方向長さ分のヘッド長さを持つ長尺の液滴吐出ヘッド７０２を必要数配置した長尺ヘッド配置型の一体型液滴吐出ヘッドである。
なお、製造方法については基本的に図８に示した一体型液滴吐出ヘッドユニット６００と同様であるのでここでは省略する。

図９の一体型液滴吐出ヘッドユニット７００では、気流発生装置６０６によりチャンバー６０５内に送り込まれた空気は、チャンバー６０５内で大気圧より高い安定した圧力に保持され、この圧力によりベース７０１に形成された気流発生孔７０３から安定した気流が印字紙面への方向に発生する。これにより、図８の一体型液滴吐出ヘッドユニット６００と同様の作用効果を奏する。

つぎに、本発明に係る一体型液滴吐出ヘッドユニットにおいて、静電方式の圧力発生機構を設けた場合を説明する。
図１０及び図１１に、静電方式の圧力発生機構を設けた基板の平面図及びその断面図を示す。なお、図１０は、図１１中のＺで示す階層の平面図である。
図１０より、振動板領域４４は、分離溝４３で隔壁部４６から分離されており、その膜構成は下層から絶縁膜５５、上部電極極５６、膜撓み防止膜５７、および樹脂膜５８から構成されている。なお、分離溝４３は、隔壁部４６と振動板領域４４で段差が生じないように設計されている。また、振動板領域４４の短辺長ａ、長辺長ｂは例えば短辺長ａ：６０μｍ、長辺長ｂ：８００μｍであり、振動板領域４４を静電気力で変位させる為に、電圧を印加できるようになっており、下部電極５３ａがＳｉ基板５１上に絶縁膜５２を介して、パターニングされている。

振動板領域４４を変位させる為の空隙５４ａが例えば０．２μｍ幅で形成されている。この空隙形成には、犠牲層プロセスを用いており、振動板構成膜５９に上部電極開口部４２を介して犠牲層除去孔４１が形成されている。犠牲層除去孔４１は、長辺長に等間隔に振動板領域４４の短辺長以下の間隔で配置されており、対向する辺の同位置に犠牲層除去孔４１が形成されている。このように犠牲層除去孔４１を複数配置する事により、効率良く犠牲層をエッチングすることができ空隙５４ａを形成する事ができる。

インクジェットヘッドの場合、インクを吐出するアクチュエータは細長い長方形であり、この長辺側には隔壁部４６を挟んで隣のアクチュエータが並んでいるのが一般的である。犠牲層エッチは、等方性の為、犠牲層中央に犠牲層除去孔４１が並んでいる方が犠牲層の除去効率は高い。しかし、振動板の変位領域に犠牲層除去孔４１があるとアクチュエータの振動特性に影響を及ぼす可能性がある為、犠牲層除去孔４１は振動板長辺端に配置することが好ましい。但し、犠牲層除去孔４１は、振動板変位への影響を避ける為、振動領域外に配置する事が好ましい。

犠牲層除去孔４１の大きさは、犠牲層エッチの観点からは、大きい方がよいが、犠牲層除去孔４１を振動板長辺部に配置する場合、振動板変位領域への影響、隔壁部４６の強度の確保、樹脂膜５８による犠牲層除去孔４１封止の観点からは、小さい方が好ましい。この相反する条件を満たす犠牲層除去孔４１の大きさを決める必要がある。しかし、犠牲層の除去性からは、小さい場合、複数の犠牲層除去孔４１を多列に配置する等で対応できる為、犠牲層除去孔の封止性で犠牲層除去孔４１の大きさは決まる。ここで、樹脂膜５８により犠牲層除去孔４１を封止する為には、犠牲層除去孔４１の振動板平面から見た断面積は１０μｍ^２以下が望ましい。

次に、静電方式の圧力発生機構を設けた基板の製造工程について、図１２を用いて説明する。
（ａ）厚さ４００μｍＳｉ基板５１上に絶縁膜（熱酸化膜）５２を１．６μｍ形成する。次に下部電極材としてＰドープポリシリコン層を０．４μｍ成膜する。そして、リソエッチ法でＰドープポリシリコン層を下部電極５３ａと隔壁部５３ｂとに分離する。その後、下部電極５３ａと隔壁部５３ｂの保護膜（ＣＶＤ酸化膜）４５を０．２μｍ堆積させる。この保護膜４５は犠牲層プロセスでの下部電極５３ａを保護するマスク材、且つ下部電極５３ａと上部電極５６ａとの短絡を防止する保護膜として作用する（図１２（ａ））。
（ｂ）次に犠牲層（ノンドープポリシリコン）を空隙間隔となる０．２μｍをＣＶＤ法で成膜し、リソエッチ法により空隙５４ａとなる領域（犠牲層５４ｓ）と隔壁部５４ｂに分離形成する。電極は配線層として隔壁部５４ｂを用いる場合は、隔壁部５４ｂのみをリソ法でレジストパターニングを行い開口しイオン注入とデンシファイ法を用いて低抵抗化させておく。その後、保護膜（ＣＶＤ酸化膜）５５を０．１μｍ堆積させる。この保護膜５５は、犠牲層プロセスでの上部電極５７を保護するマスク材且つ、下部電極５３ａと上部電極５６ａとの短絡を防止する保護膜として作用する（図１２（ｂ））。
（ｃ）Ｐドープドポリシリコンを０．２μｍ堆積させ、リソエッチ法で上部電極５６ａと隔壁部５６ｂに分離する。この時同時に、犠牲層除去時犠牲層５４ｓと同じ材質の上部電極５６ａがエッチングされないように保護孔４２を、後に形成する犠牲層除去孔４１より大きく開口する。次に振動板構成膜５９の撓み防止層として窒化膜５７をＣＶＤ法で０．２μｍ堆積させる（図１２（ｃ））。
（ｄ）リソエッチ法で保護孔４２の部分（窒化膜５７、保護膜５５）に犠牲層除去孔４１を形成する（図１２（ｄ））。
（ｅ）レジストを除去した後、犠牲層５４ｓと保護膜５５，５５のエッチレート選択性の高い処理方法、例えばＳＦ_６の等方性ドライエッチ法や、あるいはＸｅＦ_２ドライエッチ法で犠牲層５４ｓを完全除去し、空隙５４ａを形成する（図１２（ｅ））。
（ｆ）次に接液膜としてＰＢＯ膜（ポリベンゾオキサゾール）５８をスピンコート法で１μｍ厚形成する。この時犠牲層除去孔４１は、ＰＢＯ膜５８で完全に封止される。その後電極配線取りだしパッド部のみリソエッチ法で開口する。なお、接液膜として、ＰＢＯ膜を例に挙げたが、インクに対して耐腐食性があり、かつ犠牲層除去孔を封止できる膜、例えばポリイミド膜などでもよい。また、ＰＢＯ膜５８のような樹脂膜は、大気中で犠牲層除去孔３１を封止できる為、真空装置を用いたＰＶＤ法やＣＶＤ法で成膜した膜のように空隙が真空封止され、大気暴露することにより空隙内が負圧になり振動板が撓み所望する変位量が得られないというような不具合が生ずることはない。
以上で、静電方式の圧力発生機構を設けた基板が完成する。

この完成した静電方式の圧力発生機構を設けた基板に、本発明の液滴吐出ヘッドの第２の実施の形態で示したノズル板２４及び流路板２３を接合することにより、静電方式の圧力発生機構を有する液滴吐出ヘッドが完成する。更に完成した静電方式の圧力発生手段を備えた液滴吐出ヘッドを、前述した本発明の一体型液滴吐出ヘッドユニット（図８，図９）と同様の方法で複数個配列し、図８，図９と同様の気流発生機構を装備することで静電方式の圧力発生機構を備えた一体型液滴吐出ヘッドユニットが出来上がる。

この静電方式の圧力発生機構を備えた一体型液滴吐出ヘッドユニットにおいても、気流発生機構により気流発生孔から安定した気流が印字紙面への方向に発生する。これにより、図８，図９の一体型液滴吐出ヘッドユニットと同様の作用効果を奏することができる。

ところで、本発明の液滴吐出ヘッドに対して液体を供給する液体タンクを一体化して液体カートリッジとしてもよい。
図１３にその液体カートリッジの外観図を示す。この液体カートリッジは、ノズル孔６０等を有する前述した本発明に係る液滴吐出ヘッド６１と、この液滴吐出ヘッド６１に対して液体を供給する液体タンク６２とを一体化したものである。また、図１４に液体カートリッジの断面構成を示す。ここでは、図３に示す本発明の第１の実施の形態の液滴吐出ヘッドに、液体タンク６２を共通液室１０、液体供給ライン９ごとにそれらの直上に搭載した構成となっており、気流発生機構として気流発生装置１４からチャンバー１１への気流を通すダクトは液体タンク６２を避けた配置となっている。
このように液体タンクと一体型となった液滴吐出ヘッドの場合、ヘッドの性能はただちに液体カートリッジ全体の性能につながるので、本発明の液滴吐出ヘッドを使用して前述した本発明の作用効果を得ることにより、高画質、高速の液体カートリッジを達成することができる。

つぎに、本発明に係る画像形成装置について説明する。
本発明に係る画像形成装置は、液滴を吐出させて画像を形成する画像形成装置であって、前述した本発明の液滴吐出ヘッド又は本発明の一体型液滴吐出ヘッドユニットを備えていることを特徴とする。
ここでは、図１５及び図１６を用いて、本発明の液滴吐出ヘッドを使用した画像形成装置であるインクジェット記録装置を実施例として説明する。なお、図１５は同記録装置の斜視説明図、図１６は同記録装置の機構部の側面説明図である。

このインクジェット記録装置は、記録装置本体８１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明の液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部８２等を収納し、装置本体８１の下方部には前方側から多数枚の用紙８３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）８４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙８３を手差しで給紙するための手差しトレイ８５を開倒することができ、給紙カセット８４或いは手差しトレイ８５から給送される用紙８３を取り込み、印字機構部８２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８６に排紙する。

印字機構部８２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９１と従ガイドロッド９２とでキャリッジ９３を主走査方向（図１６で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ９３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液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドからなるヘッド９４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９３にはヘッド９４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９５を交換可能に装着している。

インクカートリッジ９５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わず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ヘッド９４を用いているが、各色のインク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９３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド９１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９２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ９３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ９７で回転駆動される駆動プーリ９８と従動プーリ９９との間にタイミングベルト１００を張装し、このタイミングベルト１００をキャリッジ９３に固定しており、主走査モータ９７の正逆回転によりキャリッジ９３が往復駆動される。

一方、給紙カセット８４にセットした用紙８３をヘッド９４の下方側に搬送するために、給紙カセット８４から用紙８３を分離給装する給紙ローラ１０１及びフリクションパッド１０２と、用紙８３を案内するガイド部材１０３と、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ１０４と、この搬送ローラ１０４の周面に押し付けられる搬送コロ１０５及び搬送ローラ１０４からの用紙８３の送り出し角度を規定する先端コロ１０６とを設けている。搬送ローラ１０４は副走査モータ１０７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９３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１０４から送り出された用紙８３を記録ヘッド９４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１０９を設けている。この印写受け部材１０９の用紙搬送方向下流側には、用紙８３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１１１、拍車１１２を設け、さらに用紙８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ１１３及び拍車１１４と、排紙経路を形成するガイド部材１１５，１１６とを配設している。

記録時には、キャリッジ９３を移動させながら画像信号に応じてヘッド９４を駆動することにより、停止している用紙８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙８３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８３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８３を排紙する。

また、キャリッジ９３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置１１７を配置している。回復装置１１７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９３は印字待機中にはこの回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段でヘッド９４をキャッピングされ、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ヘッド９４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（不図示）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記録装置においては本発明を実施したインクジェット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できる。

また、これまで本発明を図面に示した実施形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

本発明に係る液滴吐出ヘッドのノズル板においてノズル孔をレーザを用いて形成する方法の説明図である。ノズル板の構成例を示す図である。本発明に係る液滴吐出ヘッドの第１の実施の形態を示す模式図である。本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法のうちアクチュエータ基板形成工程及び流路形成工程及びアクチュエータ基板と流路部材とノズル板との組み立て工程における図３（ａ）の断面Ａ-Ａの状態を示す断面図である。液滴吐出ヘッドにおけるノズル面と液滴が着弾する面とで挟まれた空間における液滴の飛翔状態を示す図である。本発明に係る液滴吐出ヘッドの第２の実施の形態を示す模式図である。圧電方式の圧力発生手段を用いる液滴吐出ヘッドにおける流路板の製造手順の説明図である。本発明に係る一体型液滴吐出ヘッドユニットの構成例を示す模式図である。本発明に係る一体型液滴吐出ヘッドユニットの別の構成例を示す模式図である。本発明に係る一体型液滴吐出ヘッドユニットにおける静電方式の圧力発生機構を設けた基板の平面図である。図１０の基板の断面図である。図１０の基板の製造方法を示す工程図である。本発明の液滴吐出ヘッドに対して液体タンクを一体化した液体カートリッジの外観図である。図１３の液体カートリッジの断面構成図である。本発明に係る画像形成装置の斜視説明図である。図１５の画像形成装置の機構部の側面説明図である。

符号の説明

１，２１，６０１，７０１ベース
２アクチュエータ基板
３液室形成部材
４，２４ノズル板
５，２５，６０ノズル孔
５Ｌ，２５Ｌノズル列
６アクチュエータ基板のインク供給孔
７，２０６ヒーター
８，２８，６０３，７０３気流発生孔
９液体供給ライン
１０共通液室
１１，６０５チャンバー
１２，６０４チャンバー構成部材
１３ベースのインク供給孔
１４，６０６気流発生装置
１５，２９液滴吐出ヘッド部
２２振動板
２３流路板
２６加圧液室
３０圧電素子
３１圧電層
３２内部電極層
３３個別電極
３４共通電極
３５ＦＰＣケーブル
４１犠牲層除去孔
４２上部電極開口部
４３分離溝
４４振動板領域
４５保護膜
４６，５３ｂ，５４ｂ，５６ｂ隔壁部
５１，２０１，４０１Ｓｉ基板
５２絶縁膜
５３ａ下部電極
５４ａ空隙
５４ｓ犠牲層
５５絶縁膜
５６上部電極材
５６ａ上部電極
５７膜撓み防止膜
５８樹脂膜（ＰＢＯ膜）
５９振動板構成膜
６１，６０２，７０２液滴吐出ヘッド
６２液体タンク
８１記録装置本体
８２印字機構部
８３用紙
８４給紙カセット
８５手差しトレイ
８６排紙トレイ
９１主ガイドロッド
９２従ガイドロッド
９３キャリッジ
９４ヘッド
９５インクカートリッジ
９７主走査モータ
９８駆動プーリ
９９従動プーリ
１００タイミングベルト
１０１給紙ローラ
１０２フリクションパッド
１０３ガイド部材
１０４搬送ローラ
１０５，１１１搬送コロ
１０６先端コロ
１０７副走査モータ
１０９印写受け部材
１１２，１１４拍車
１１３排紙ローラ
１１５，１１６ガイド部材
１１７回復装置
２０２熱酸化膜
２０３発熱抵抗層
２０４低抵抗配線材料層
２０５配線パターン
２０７耐インク層
２０８耐キャビテーション層
２０９，２１０，２１１，２１２孔
２１３耐インク性のある膜
２１４液室パターン
４０２，４２１シリコン酸化膜
４０３シリコン窒化膜
４０４ノズル面側連通管パターン
４０５，４０９肉抜きパターン
４０６パターニング
４０７，４１０連通管部のパターン
４０８個別液室パターン
４１１，Ｒレジスト
４１２連通管形状
４１３連通管
４１４加圧液室部
４１５，４１６肉抜き部
４１７個別液室
４１８擬似液室部
４１９基部
４２０液体供給路
４３０，４３２基板貫通孔を形成するためのパターン
４３１，４３３基板貫通パターン
４３４，４３５基板貫通孔
６００，７００一体型液滴吐出ヘッドユニット
Ｍマスクプレート

Claims

液滴を吐出する複数のノズルが並べて配列されたノズル列が、前記ノズルの並び方向と交差する方向に複数並べて配列されたノズル面を有する液滴吐出ヘッドにおいて、
前記ノズル面と前記液滴が着弾する面とで挟まれた空間に液滴が着弾する方向に気流を発生させる気流発生機構を装備していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記気流発生機構は、気流発生部と、該気流発生部に連通しているチャンバーと、該チャンバーからノズル面に連通し該ノズル面で開口している気流発生孔とからなることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記気流発生孔は、少なくとも前記ノズル面の最外周のノズル列の両サイドに配置されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記チャンバーは、前記ノズル面の直上に設けられていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項１〜４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記気流は空気の流れであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項１〜５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記ノズルから液滴を吐出させる圧力を発生する圧力発生手段は、前記ノズルの直上に設けられていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項６に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記圧力発生手段がサーマル式または圧電式であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項１〜７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記液滴となる液体を供給する液体収容手段が一体に設けられていることを特徴する液滴吐出ヘッド。
液滴を吐出する複数のノズルが並べて配列されたノズル列が設けられたノズル面を有する液滴吐出ヘッドを複数個一体に形成した一体型液滴吐出ヘッドユニットにおいて、
気流発生部と、該気流発生部に連通するチャンバーと、該チャンバーから前記液滴吐出ヘッドそれぞれのノズル面が配列されてなるノズルユニット面に連通し該ノズルユニット面で開口している気流発生孔と、からなり、前記ノズルユニット面と前記液滴が着弾する面とで挟まれた空間に該液滴が着弾する方向に気流を発生させる気流発生機構を有することを特徴とする一体型液滴吐出ヘッドユニット。
請求項９に記載の一体型液滴吐出ヘッドユニットにおいて、
前記気流発生孔は、前記ノズルユニット面の隣り合うノズル面の間に設けられることを特徴とする一体型液滴吐出ヘッドユニット。
請求項９に記載の一体型液滴吐出ヘッドユニットにおいて、
前記気流発生孔は、少なくとも前記ノズルユニット面の最外周のノズル面の両サイドに設けられることを特徴とする一体型液滴吐出ヘッドユニット。
請求項９〜１１のいずれかに記載の一体型液滴吐出ヘッドユニットにおいて、
前記液滴を吐出するための圧力発生手段がサーマル式、圧電式、静電式のいずれかの方式であることを特徴とする一体型液滴吐出ヘッドユニット。
液滴を吐出させて画像を形成する画像形成装置において、
請求項１〜８のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド又は請求項９〜１２のいずれかに記載の一体型液滴吐出ヘッドユニットを備えていることを特徴とする画像形成装置。