JP4131328B2 - 液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェットプリンタ等に用いられるサーマル方式の液体吐出ヘッド、及びこの液体吐出ヘッドを備えるインクジェットプリンタ等の液体吐出装置に関し、ゴミ、ホコリ等の混入や気泡の発生による流路障害が極力生じないようにし、吐出ムラのない流路構造を実現する技術に係るものである。

従来より、例えばインクジェットプリンタに代表される液体吐出装置に用いられる液体吐出ヘッドでは、発生させた気泡の膨張及び収縮を利用するサーマル方式と、液室の形状や体積の変動を利用するピエゾ方式とが知られている。
そして、サーマル方式では、半導体基板上に発熱素子を設け、この発熱素子によって液室内の液体に気泡を発生させ、発熱素子上に配置されたノズルから液体を液滴として吐出させ、記録媒体等に着弾させるものである。

図１０は、従来のこの種の液体吐出ヘッド１（以下、単にヘッド１という。）を示す外観斜視図である。図１０において、ノズルシート１７は、バリア層３上に貼り合わせられるが、このノズルシート１７を分解して図示している。
また、図１１は、図１０のヘッド１の流路構造を示す断面図である。なお、液体吐出装置のこの種の流路構造としては、例えば特許文献１に開示されている。
特開２００３−１３６７３７号公報

図１０及び図１１において、半導体基板１１上には、複数の発熱素子１２が配列されている。また、半導体基板１１上には、バリア層３及びノズルシート１７が順次積層される。ここで、半導体基板１１上に発熱素子１２が形成されるとともに、その上部にバリア層３が形成されたものを、ヘッドチップ１ａと称する。そして、ヘッドチップ１ａ上にノズルシート１７が貼り合わせられたものを、ヘッド１と称する。

ノズルシート１７は、各発熱素子１２上にそれぞれノズル（液滴を吐出するための孔）１８が位置するように、ノズル１８が配列されたものである。また、バリア層３は、半導体基板１１上に設けられることにより、発熱素子１２とノズル１８との間に介在して、発熱素子１２上とノズル１８との間に液室３ａを形成している。

図１０に示すように、バリア層３は、平面的に見て、各発熱素子１２の３辺が囲まれるように略櫛歯状に形成されることで、１辺のみが開口された液室３ａが形成されている。この開口された部分は、個別流路３ｄを形成し、共通流路２３と連通する。

また、発熱素子１２は、半導体基板１１の１辺の近傍に配列されている。そして、図１１中、半導体基板１１（ヘッドチップ１ａ）の左側には、ダミーチップＤが配置されることで、半導体基板１１（ヘッドチップ１ａ）の一側面と、ダミーチップＤの一側面とで、共通流路２３を形成している。なお、共通流路２３を形成できる部材であれば、ダミーチップＤに限らず、いかなる部材を用いても良い。

さらにまた、図１１に示すように、半導体基板１１の発熱素子１２が設けられた面と反対側の面には、流路板２２が配置されている。この流路板２２には、図１１に示すように、インク供給口２２ａと、このインク供給口２２ａと連通するように断面形状が略凹状をなす供給流路２４が形成されている。そして、この供給流路２４と、共通流路２３とが連通している。

これにより、インクは、インク供給口２２ａから供給流路２４及び共通流路２３に送られるとともに、個別流路３ｄを通って液室３ａに入り込む。そして、発熱素子１２が加熱されることで、液室３ａ内の発熱素子１２上に気泡が発生し、この気泡発生時の飛翔力によって、液室３ａ内の液体の一部を液滴としてノズル１８から吐出させる。

なお、図１０及び図１１では、実際の形状を無視して、理解の容易のために、形状を誇張して表示している。例えば半導体基板１１の厚みは、約６００〜６５０μｍであり、ノズルシート１７やバリア層３の厚みは、約１０〜２０μｍである。

前述の従来の技術のヘッド１においては、第１に、ゴミやホコリが流路内やノズル１８内に入り込み、ノズル１８での吐出不良や流路での液体の供給不足が生じる問題がある。
ここで、一般の空間にはゴミやホコリが漂っており、自由に移動している。したがって、これらが液体中に落ちて、液体中のゴミやホコリとして存在する。しかし、インクジェットプリンタ等の液体吐出装置では、ミクロン単位のノズル１８から液体を吐出させる構造であるので、ゴミやホコリがノズル１８に詰まるおそれがある。

このため、現状では、製造過程において、例えば無塵室等のような作業環境で、ゴミやホコリの少ない液体等で部品を洗浄すること等が行われている。
さらに、設計上では、液体吐出装置の流路において、複数箇所にゴミやホコリを除去するためのフィルターを設けておく必要がある。
特に、ラインヘッドのようにノズル数が多くなるほどノズル１８の吐出不良が生じる確率が高くなるので、より厳しい管理が必要となり、コストが増大するという問題がある。

また、第２に、ヘッド１の温度が上昇する結果、液体中に気泡が発生することがあり、この気泡が障害となって吐出量が不足してしまう問題がある。
気泡の発生箇所としては、前述の共通流路２３や個別流路３ｄが挙げられるが、いずれの箇所に発生しても、吐出ムラの原因となる。

図１２は、共通流路２３内に気泡が残留した状態を写真撮影した結果を示す図である。図１２では、ノズルシート１７を透明体から形成し、内部の気泡の状態が見えるようにしている。
図１２では、共通流路２３内には、フィルターが設けられている。このフィルターは、ゴミ及びホコリが個別流路３ｄ内に進入することを防止するために設けられたものであって、円柱状の柱を共通流路２３に沿って配列したものである。

図１２に示すように、共通流路２３に気泡が残留した領域（図１２中、点線で囲んだ領域）では、個別流路３ｄへの液体の供給量が減少する。これにより、液体吐出量が低下し、比較的広い範囲で濃度が薄くなった吐出ムラとして現れる。
なお、気泡が存在すると吐出状態が影響を受けるのは、吐出そのものが、吐出時に発生する圧力と、それに対応した液室３ａ付近の液体、バリア層３、気泡の存在で決まる反作用が影響を及ぼすためと考えられる。

また、気泡は、個別流路３ｄの入口付近や個別流路３ｄ内に入り込む場合がある。図１３は、個別流路３ｄの入口に気泡が残留した状態を写真撮影した結果を示す図である。図１３では、図１２と同様に、ノズルシート１７を透明体から形成している。
このような場合には、たとえ気泡が小さくても、狭い空間内に気泡が存在するので影響が大きい。すなわち、図１２の場合よりも吐出量が減少する。また、気泡が入り込んだ個別流路３ｄに対応するノズル１８からの吐出量のみが減少するので、スジとなって目立つようになる。

以上のような気泡が一旦発生すると、吐出が繰り返されても、気泡は、共通流路２３や個別流路３ｄに張り付くか、個別流路３ｄ〜共通流路２３間を往復移動するだけで簡単には消滅しない。また、気泡の間をくぐり抜けるように液室３ａ内には液体が供給されるので、吐出特性が不十分な状態が固定的に残ることが多い。

なお、吐出動作を停止し、長時間放置して液体の温度を低下させたときは気泡が消滅することが確認されているので、この場合の気泡は、液体中や共通流路２３等の壁面に存在するわずかな気体が熱膨張してできたものであることがわかる。
一方、気泡で覆われる部分は、気体であるので熱伝導率が悪く、液体による冷却が進まないので発熱部分の熱が溜まりやすい。その結果として、気泡が拡大してしまうという問題がある。

また、発熱素子１２とノズル１８との中心がずれている場合に特に気泡が発生しやすい傾向があることから、発熱素子１２上で生成された気泡が有効に吐出に用いられずに残るものとも考えられる。

さらに、気泡は、液室３ａ内やノズル１８内に入り込む場合もある。図１４は、ノズル１８から気体が液室３ａ内に入り込んだ状態を写真撮影した結果を示す図である。
図１４では、共通流路２３内にフィルター（図１２とは異なり、三角柱状の柱を配列したもの）が設けられており、合体成長した気泡がフィルターの柱間を塞いでしまい、液体が液室３ａ側に移動できない状態となったものである。

共通流路２３から液室３ａ側への液体の移動が気泡によって塞がれると、ノズル１８のメニスカスのバランスが破壊されやすくなる。このような状態において、隣のノズル１８からの衝撃波が引き金となって、ノズル１８から気体が液室３ａ内に進入してしまう。すなわち、内部の液体の圧力は、大気圧より低く設定されているので、メニスカスの平衡状態が破壊されると、液体は共通流路２３側に後退し、吐出ができなくなってしまう。

さらにまた、第３に、吐出時の衝撃波によって、特に気泡の存在と相まって、吐出ムラを起こすという問題がある。なお、サーマル方式では、吐出時の圧力変化はピエゾ方式と比較してもかなり大きなものである。
吐出衝撃が引き起こす問題としては、以下の２つが挙げられる。

１つ目は、衝撃波が隣接する液室３ａからの気泡の引き込みの引き金になってしまう。なお、この問題を避けるためには、フィルターの柱間の間隔を大きく取ることが考えられるが、そのようにした場合には、フィルターを通過するゴミやホコリが大きくなってしまい、個別流路３ｄに大きなゴミやホコリが入りやすくなってしまう。

また、２つ目は、衝撃波が近隣のノズル１８に伝搬し、メニスカスが振動して吐出ムラを起こすという問題がある。そして、気泡の発生や残留気泡が存在すると、衝撃波と気泡とがかち合い、気泡の引き込み等が生じやすくなり、吐出ムラも出現しやすくなる。

ところで、ドットを重ね合わせて画像を形成していくこと（重ね書き）が可能なシリアル方式の場合には、吐出ムラを生じさせるノズルが１〜２個程度存在したとしても、上記重ね書きによって、吐出ムラを目立たないように修復することができる。これに対し、１回の液滴の吐出で画像形成を完結し、原則として重ね書きができないライン方式の場合には、吐出ムラの存在は致命傷となる。

なお、本件発明者らは、ゴミやホコリ等による流路障害が生じにくくするとともに、気泡による影響をできる限り少なくして、吐出ムラのほとんどない流路構造を、未開示の先願である特願２００４−０５６００６により既に提案している。

しかし、その後さらに検討を重ねたところ、実用上、以下の問題が存在することが明らかとなった。
上記技術では、吐出速度がそれまでの吐出速度よりやや低下する（１０ｍ／ｓ程度であったものが、７〜８ｍ／ｓ程度となる）ので、吐出速度が低下した分だけ、吐出時の液体の切れが不十分となる。

一方、本件発明者らは、特開２００４−１３６４号公報に開示された、液滴の偏向吐出に関する技術を開発したが、このような偏向吐出を行ったときは、速度低下がより顕著となる。これは、１つの液室内に複数の発熱素子を設け、その複数の発熱素子が時間差を持って気泡を発生させるので、１つの発熱素子上だけで気泡を発生させる一般的な方式のものよりは吐出圧力が低くなるためである。
このような吐出速度の低下が生じると、吐出ムラではないが、印画結果に濃度ムラが生じてしまうおそれがあるという問題がある。

また、吐出速度が低下すると、オリフィス周囲の濡れ状態によっては、残留する飛沫の表面張力に引っ張られて、ノズルシート上に残留する分が増加してしまう。
特に、ラインヘッドの場合には、シリアルヘッドと比較すると、吐出面のクリーニングが行われずに連続して印画される時間が長く、その印画量も多いことから、ノズル表面、特にオリフィス周辺に残留する液体量が増加し、新たに吐出される液滴と干渉してしまう。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、上記未開示の先願技術（特願２００４−０５６００６）を踏まえ、この技術に改良を重ねて、液滴の吐出速度が低下しないようにすることで、濃度ムラを改善することである。

本発明は、以下の解決手段によって、上述の課題を解決する。
本発明の１つである請求項１の発明は、半導体基板上に設けられ、一方向に沿って複数配列された発熱素子と、前記発熱素子上に位置するノズルが形成されたノズル層と、前記半導体基板と前記ノズル層との間に設けられたバリア層と、前記バリア層の一部によって形成されており、各前記発熱素子間に配置されるとともに、前記発熱素子の並び方向に垂直な方向に延在した隔壁と、前記バリア層の一部によって形成されており、Ｎ（Ｎは、２以上の整数）個の前記発熱素子と（Ｎ−１）個の前記隔壁に対して、これらの外側に前記隔壁に平行に一対設けられた側壁と、前記バリア層の一部によって形成されており、前記発熱素子の配列方向に沿って設けられた後壁とを備え、前記Ｎ個の前記発熱素子、前記（Ｎ−１）個の前記隔壁、一対の前記側壁、及び前記後壁を含むものを液体吐出ユニットとし、前記発熱素子に対して前記後壁と反対側に共通流路を設け、前記側壁の共通流路と反対側の端部と前記後壁とを連結し、前記隔壁の前記共通流路と反対側の端部を前記後壁から所定の間隔を隔てて配置し、１つの前記液体吐出ユニットにおいて、前記共通流路側及び前記後壁側から各前記発熱素子に液体が供給されるように形成したことを特徴とする液体吐出ヘッドである。

（作用）
上記発明においては、Ｎ個の発熱素子、（Ｎ−１）個の隔壁、両側の側壁、及び後壁を含む液体吐出ユニットを設け、少なくとも液体吐出ユニット内では、隔壁等によって発熱素子に両側から液体が流入可能となっている。また、本発明の構造では、両側から発熱素子に液体を供給することができるが、このような呼び水機能を持たせた場合には、発熱素子上（液室内）の圧力が低下しがちである。しかし、１つの液体吐出ユニットとして閉じた構造であるため、Ｎの値に適切な値を選択すれば、圧力低下をなくし、液体の吐出時の必要な圧力を維持することができる。

なお、ノズル層とバリア層とは、以下の実施形態では別体で設けられているが（バリア層１３及びノズルシート１７）、両者は一体で形成されていても良い。あるいは、半導体基板上にバリア層が一体形成されていても良い。

本発明によれば、両側（異なる２方向）から発熱素子上（液室内）に液体を供給することができる呼び水機能を持たせることができると同時に、低下しがちな液滴の吐出速度（圧力）を確保することで、濃度ムラの発生を少なくすることができる。これにより、吐出に伴う気泡発生確率を小さくすることができる。また、ノズルシートに残留する液体量を少なくすることができる。さらにまた、上述の偏向吐出の技術を用いたときであっても、良好な吐出動作を確保することができる。

以下、図面等を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本発明における液体吐出装置は、実施形態ではインクジェットプリンタ（サーマル方式のカラーラインプリンタ。以下単にプリンタという。）であり、液体吐出ヘッドは、実施形態ではラインヘッド１０である。

図１は、本実施形態のラインヘッド１０を示す外観斜視図である。ラインヘッド１０は、Ａ４サイズの印画紙幅分だけヘッドチップ１９をライン状に並べたヘッドチップ１９列を、列状に４段並べ、各列ごとに、Ｙ（黄色）、Ｍ（マゼンタ色）、Ｃ（青緑色）、及びＫ（黒）の４色カラーヘッドとしたものである。

また、ラインヘッド１０は、ヘッドチップ１９を千鳥状に複数個並設し、これらのヘッドチップ１９の下部を、１枚のノズルシート１７（ノズル層）に貼り合わせて形成される。ここで、ノズルシート１７に形成された各ノズル１８は、全てのヘッドチップ１９の各発熱素子１２（後述）に対応する位置に（具体的には、発熱素子１２の中心軸線とノズル１８の中心軸線とが一致するように）配置されている。なお、以下の実施形態では、各発熱素子１２を１つの発熱素子からなる構成としているが、無論、これに限定されない。２つに分割された構成等のように、複数に分割した構成で、各発熱素子１２を構成しても良い（上述の偏向吐出を行う場合）。

ヘッドフレーム１６は、ノズルシート１７を支持する支持部材であり、ノズルシート１７に対応するサイズとなっている。また、各収容空間１６ａの長さは、Ａ４サイズの横幅（約２１ｃｍ）に合わせている。
４つのヘッドチップ１９列は、１列ごとに、ヘッドフレーム１６の収容空間１６ａの内部に配置されるようになっている。そして、ヘッドチップ１９の背面であって、ヘッドフレーム１６の収容空間１６ａには、１列ごとに、色の異なるインクを収容したインクタンクが取り付けられることで、各収容空間１６ａすなわち各ヘッドチップ１９列にそれぞれ異なる色のインクが供給される。

図２は、１つのヘッドチップ１９列を示す平面図である。なお、図２では、ヘッドチップ１９とノズル１８とを重ね合わせて図示している。
各ヘッドチップ１９は、千鳥状に、すなわち隣接するヘッドチップ１９が１８０度向きが異なるように配置されている。そして、図２に示すように、「Ｎ−１」番目、「Ｎ＋１」番目に配置されたヘッドチップ１９と、「Ｎ」番目及び「Ｎ＋２」番目に配置されたヘッドチップ１９間には、全てのヘッドチップ１９にインクを供給するための共通流路２３が形成されている。
また、図２に示すように、各ノズル１８の相互の間隔は、千鳥状に隣接する部分を含め、全て等間隔となっている。

以上のラインヘッド１０は、プリンタ本体内では固定され、固定されたラインヘッド１０に対して、記録媒体（印画紙）の表面（インクの着弾面）がラインヘッド１０のインクの吐出面（ノズルシート１７の表面）と所定の間隙を維持しつつ、記録媒体がラインヘッド１０に対して相対移動される。この相対移動時に、ヘッドチップ１９の各ノズル１８からインクが吐出されることにより、記録媒体上にドットが配列されることで、文字や画像等がカラー印画される。

次に、本実施形態のヘッドチップ１９についてより詳細に説明する。ヘッドチップ１９は、従来のヘッドチップ１ａと比較して、半導体基板１１上に発熱素子１２が配列されている点は同じである。ただし、半導体基板１１上に設けられたバリア層１３の形状が異なる。バリア層１３の形状が異なるのは、発熱素子１２の周囲部の形状（後述する隔壁１３ａ等）や、共通流路２３から発熱素子１２までの間の形状が異なるからである。

図３は、本発明の実施形態であって、ヘッドチップ１９のバリア層１３の形状を示す平面図である。
従来技術と同様に、半導体基板上には、発熱素子１２が配列されている。そして、図２中、発熱素子１２間には、隔壁１３ａが配置されている。隔壁１３ａは、バリア層１３の一部によって形成されたものであり、発熱素子１２の配列方向に垂直な方向に延在するように配置されている。さらに、隔壁１３ａは、それぞれ長手方向における両端部の厚みが中央部に比較して厚く形成されている。これにより、発熱素子１２上の領域（なお、この領域を「液室」という。）における間隔Ｗ１と、両端部における間隔Ｗ２とは、
Ｗ１＞Ｗ２
の関係となるように形成されている。
これにより、間隔Ｗ２の部分によって、ゴミ・ホコリ除去のフィルターとしての機能を持たせることができるとともに、液滴の吐出時の内部（液室）圧力を高くすることができる。

また、Ｎ個の発熱素子１２、及び（Ｎ−１）個の隔壁１３ａの両側に、（一対の）側壁１３ｂが設けられている。図３の例では、Ｎ＝２（２個の発熱素子１２、及びこれら２個の発熱素子１２間に配置された１個の隔壁１３ａ）である。側壁１３ｂは、バリア層１３の一部によって形成され、隔壁１３ａと略平行に配置されるとともに、共通流路２３側の形状は、隔壁１３ａとほぼ同一であり、図３の例では、側壁１３ｂと隔壁１３ａとの共通流路２３側端までの距離がほぼ同一に形成されている。また、側壁１３ｂと隔壁１３ａとで、共通流路２３側から発熱素子１２に向かう流路を形成している。

さらにまた、共通流路２３と反対側には、バリア層１３の一部によって後壁１３ｃが形成されている。この後壁１３ｃは、発熱素子１２の配列方向に沿って形成されたものである。
この場合に、隔壁１３ａと後壁１３ｃとは、間隔ｘだけ隔てて配置されている。これにより、後壁１３ｃ側に、後方共通流路２４を形成し、隔壁１３ａによって隔てられた２つの発熱素子１２上では、この後方共通流路２４によって液体が移動可能となっている。

また、側壁１３ｂと後壁１３ｃとは、（図３の例では）連結されている。これにより、側壁１３ｂの外側に配置されている発熱素子１２（図３中、左端又は右端の発熱素子１２）と、側壁１３ｂの内側に配置された２つの発熱素子１２とは、後方共通流路２４側では、液体の移動ができないように形成されている。
以上より、外側が側壁１３ｂによって囲まれた内部でのみ、後壁１３ｃ側の後方共通流路２４で液体の移動が可能となる。図３の実施形態では、２つの発熱素子１２（液室）間で液体が移動できるが、一対の側壁１３ｂ内の発熱素子１２の数が増加すれば、それだけ、それらの発熱素子１２上で液体の移動ができるようになる。

なお、後壁１３ｃと側壁１３ｂとが連結されていれば、側壁１３ｂの後壁１３ｃ側端と後壁１３ｃとの間の間隔をｙとしたとき、
ｙ＝０
となる。
しかし、本発明では、間隔ｙは、間隔ｘより短ければ良く、間隔ｙが０より大きい、すなわち側壁１３ｂの後壁１３ｃ側端と後壁１３ｃとの間に隙間が形成されていても良い。
よって、
０≦ｙ＜ｘ
であれば良い。

このように形成すれば、少なくとも、隔壁１３ａのみで隔てられた発熱素子１２間では、後壁１３ｃ側の後方共通流路２４を介して液体が移動することができる。また、側壁１３ｂと後壁１３ｃとの間に隙間があっても、その隙間を通じて隣の発熱素子１２にまで液体が移動するためには、かなりの抵抗を伴うこととなる。
ここで、上述のＮ個の発熱素子１２、（Ｎ−１）個の隔壁１３ａ、一対の側壁１３ｂ、及び後壁１３ｃを含む部分を、「液体吐出ユニット」と称する。そして、本実施形態では、半導体基板上にこの液体吐出ユニットが並設されている。

図４は、本発明の他の実施形態であって、ヘッドチップ１９のバリア層１３の形状を示す平面図である。
図４の実施形態では、Ｎ＝３である。すなわち、３個の発熱素子１２と、２個の隔壁１３ａと、その両側に設けられた一つの側壁１３ｂと、後壁１３ｃとによって、液体吐出ユニットを構成している。また、図４の実施形態では、図３の実施形態のように、隔壁１３ａや側壁１３ｂの先端部が太く形成されていない。このように形成した場合には、隔壁１３ａや側壁１３ｂの先端にフィルターの機能を持たせることはできないが、共通流路２３側にフィルター等が別個に設けられていれば、特に問題はない。

図４の実施形態のように形成すれば、１つの液体吐出ユニット内で、３個の発熱素子１２上を、後方共通流路２４側から液体が移動できるようになる。ただし、さらにそれより外側の発熱素子１２上へは、側壁１３ｂがあるために液体の移動ができない。

なお、図４に示すように、液体吐出ユニットは、半導体基板上に複数並設されるが、隣接する液体吐出ユニット間で、発熱素子１２のピッチ（配列ピッチ）Ｐが同一となるように形成されている。なお、隣接する液体吐出ユニット間では、各液体吐出ユニットごとに、独立した一対の側壁１３ｂが設けられているのではなく、隣接する液体吐出ユニット間では、１つの側壁１３ｂは、兼用されることとなる。そして、１つの液体吐出ユニットと、その隣の液体吐出ユニットとは、一体化して連続で形成される。

また、図４においては、Ｎ＝３としたが、図３に示したようにＮ＝２であっても良い。すなわち、Ｎ≧２であれば良い。
一方、Ｎの値が多すぎると、１つの液体吐出ユニットでの開口部分が多くなってしまい、液滴の吐出速度（吐出圧力）の低下、ひいては吐出ムラを招く。実験結果から、Ｎ≦８までが、良好な結果となることがわかった。
よって、
２≦Ｎ≦８
となる。

図５は、本発明のさらに他の実施形態であって、ヘッドチップ１９のバリア層１３の形状を示す平面図である。
この実施形態は、Ｎ＝４である。また、この実施形態では、第１に、共通流路２３側に、フィルター２５が設けられている。フィルター２５は、複数の柱２５ａを等ピッチで配列したものである。また、柱２５ａ間の隙間によってフィルター２５がその機能を果たすものとなるが、この柱２５ａ間の間隔は、隔壁１３ａ間、又は隔壁１３ａと側壁１３ｂとの間の間隔よりも狭くなるように形成されている。

さらに、側壁１３ｂの共通流路２３側端は、隔壁１３ａの共通流路２３側端より、発熱素子１２から遠ざかる側に位置している（いいかえれば、共通流路２３側に延在している）。そして、側壁１３ｂの共通流路２３側端は、フィルター２５の柱２５ａに連結されている。この場合には、側壁１３ｂの延長線上に必ず柱２５ａが位置するように、柱２５ａのピッチを設定すれば良い。

なお、図５の実施形態では、一対の側壁１３ｂにフィルター２５の柱２５ａが連結されているとともに、中央部に１つの柱２５ａが配置されている。側壁１３ｂに連結している柱２５ａは、隣接する液体吐出ユニットの側壁１３ｂの柱２５ａでもあるので、１つの液体吐出ユニットにおいて、１つの側壁１３ｂに連結している柱２５ａの数を０．５と数えると、１つの液体吐出ユニット内の柱２５ａの数は、２（なぜなら、０．５＋１＋０．５）となる。すなわち、図５の実施形態では、発熱素子１２の数（Ｎ）が４、隔壁１３ａの数が３、及び柱２５ａの数が２の場合である。

図５の実施形態のように、フィルター２５の柱２５ａと側壁１３ｂとを連結させれば、フィルター２５の役割と同時に、液体吐出ユニット、特にバリア層１３の強度強化を図ることができる。
なお、フィルター２５の柱２５ａは、必ずしもこのように側壁１３ｂと連結させる必要はなく、大きさも任意である。ただし、柱２５ａ間の隙間は、隔壁１３ａ間、又は隔壁１３ａと側壁１３ｂとの間の隙間より狭いことが必要である。さらにまた、図５の実施形態では、柱２５ａは、断面が略長方形状の角柱としたが、これに限らず、種々の形状を用いることができる。

さらに、フィルター２５は、設けた方が好ましいが、必ずしも設ける必要はなく、例えば図３で示したように、隔壁１３ａや側壁１３ｂについて、共通流路２３側端の厚みを厚く形成することで、発熱素子１２（液室）への入口を狭く形成することで足りる。
ただし、フィルター２５を設けることで、ゴミやホコリの侵入を防止するだけでなく、ヘッドチップ１９をノズルシート１７に接合するときの圧力によって隔壁１３ａ（液室）がつぶされないようにするという役割も持たせることができる。

以上のような、図３〜図５で示した構造は、半導体基板上に設けられる。図６は、半導体基板１１上に液体吐出ユニットを並設したヘッドチップ１９を示す平面図である。図６では、１つのヘッドチップ１９を示している（以下の図７及び図８も同様である）。なお、このヘッドチップ１９は、図２で示したものと同一である。
図６において、半導体基板１１の１辺の外縁部に、液体吐出ユニット（単位ユニット）を並設し、ユニット列を設けている。また、図中、液体供給側に、共通流路２３が設けられ、図中、矢印方向から液体が各液体吐出ユニットに供給される。

図７は、ヘッドチップ１９の他の実施形態を示す平面図である。図７の実施形態では、半導体基板１１上において、対向する２辺の外縁部に、それぞれ液体吐出ユニットを並設し、ユニット列を設けた例を示している。図７の実施形態では、１辺の外縁部に並設された液体吐出ユニットと、他の１辺の外縁部に並設された液体吐出ユニットとは、互いに背を向け合っている。すなわち、半導体基板１１上において、中央部が、互いに後壁１３ｃ側となっている。そして、図７に示すように、図中、左側及び右側に液体供給側が設けられ、これらの液体供給側にそれぞれ共通流路２３が設けられ、図中、矢印方向から液体が各液体吐出ユニットに供給される。

図８は、ヘッドチップ１９のさらに他の実施形態を示す平面図である。
図８において、半導体基板１１には、裏面側から表面側に貫通する液体供給孔（長穴）１１ａが形成されている。そして、この液体供給孔１１ａは、インクタンク等（図示せず）と連通している。そして、この液体供給孔１１ａに沿って液体吐出ユニットを並設し、ユニット列を設けるとともに、液体供給孔１１ａの両側にユニット列が対向して配置されている。

この場合に、液体供給孔１１ａ側が共通流路２３側となるので、液体供給孔１１ａの両側に配置された液体吐出ユニットは、互いに対向している。
以上のように、半導体基板１１上に液体吐出ユニットを設ける例としては、図６〜図８の形態や、それ以外の種々の形態が考えられるが、いずれの形態であっても良い。

図９は、実際に製作したヘッドチップ１９のマスク図を示す平面図である。図９において、白線は、半導体基板１１上に配置されるバリア層１３以外の結線部分等である。このヘッドチップ１９では、液滴の偏向吐出を行うため、発熱素子１２は、配列方向に２分割されたものが用いられる。

また、発熱素子１２は、一方向に一定のピッチで配列されているものの、全ての発熱素子１２が一列（一直線上）には並ばず、隣り合う発熱素子１２の中心は、配列ピッチ方向に垂直な方向において、所定間隔（０より大きい実数）だけずれて配置されている。なお、この技術は、本件発明者らによって、既に提案されている技術である（特願２００３−３８３２３２）。

これにより、隣り合うノズル１８の中心間距離は、発熱素子１２の配列ピッチより大きい値となるので、液滴の吐出に伴う圧力変動によるノズル１８及びその周辺領域の変形量が少なくなり、液滴の吐出量、及び吐出方向を安定させることができる。

また、図９では、図３の実施形態と同様に、Ｎ＝２（１つの液体吐出ユニットにおいて、２つの発熱素子１２及び１つの隔壁１３ａが設けられたもの）である。さらにまた、隔壁１３ａ及び側壁１３ｂは、共通流路２３側の一部の厚みが厚く形成されている。これにより、フィルターとしの機能を持たせている。それ以外は、図３の実施形態と同様である。

本実施形態のラインヘッドを示す外観斜視図である。 １つのヘッドチップ列を示す平面図である。 本発明の実施形態であって、ヘッドチップのバリア層の形状を示す平面図である。 本発明の他の実施形態であって、ヘッドチップのバリア層の形状を示す平面図である。 本発明のさらに他の実施形態であって、ヘッドチップのバリア層の形状を示す平面図である。 ヘッドチップの実施形態を示す平面図である。 ヘッドチップの他の実施形態を示す平面図である。 ヘッドチップのさらに他の実施形態を示す平面図である。 実際に製作したヘッドチップのマスク図を示す平面図である。 従来の液体吐出ヘッドを示す外観斜視図である。 図１０のヘッドの流路構造を示す断面図である。 共通流路内に気泡が残留した状態を写真撮影した結果を示す図である。 個別流路の入口に気泡が残留した状態を写真撮影した結果を示す図である。 ノズルから気体が液室内に入り込んだ状態を写真撮影した結果を示す図である。

符号の説明

１０ ラインヘッド（液体吐出ヘッド）
１１ 半導体基板
１２ 発熱素子
１３ バリア層
１３ａ 隔壁
１３ｂ 側壁
１３ｃ 後壁
１７ ノズルシート（ノズル層）
１８ ノズル
１９ ヘッドチップ
２３ 共通流路
２４ 後方共通流路
２５ フィルター
２５ａ 柱
ｘ 隔壁１３ａと後壁１３ｃとの間隔
ｙ 側壁１３ｂと後壁１３ｃとの間隔
Ｗ１ 発熱素子１２上の領域（液室）における隔壁１３ａ間の間隔
Ｗ２ 隔壁１３ａの長手方向における両端部の隔壁１３ａ間の間隔

Claims (12)

1. 半導体基板上に設けられ、一方向に沿って複数配列された発熱素子と、
   前記発熱素子上に位置するノズルが形成されたノズル層と、
   前記半導体基板と前記ノズル層との間に設けられたバリア層と、
   前記バリア層の一部によって形成されており、各前記発熱素子間に配置されるとともに、前記発熱素子の並び方向に垂直な方向に延在した隔壁と、
   前記バリア層の一部によって形成されており、Ｎ（Ｎは、２以上の整数）個の前記発熱素子と（Ｎ−１）個の前記隔壁に対して、これらの外側に前記隔壁に平行に一対設けられた側壁と、
   前記バリア層の一部によって形成されており、前記発熱素子の配列方向に沿って設けられた後壁と
   を備え、
   前記Ｎ個の前記発熱素子、前記（Ｎ−１）個の前記隔壁、一対の前記側壁、及び前記後壁を含むものを液体吐出ユニットとし、
   前記発熱素子に対して前記後壁と反対側に共通流路を設け、前記側壁の共通流路と反対側の端部と前記後壁とを連結し、前記隔壁の前記共通流路と反対側の端部を前記後壁から所定の間隔を隔てて配置し、
   １つの前記液体吐出ユニットにおいて、前記共通流路側及び前記後壁側から各前記発熱素子に液体が供給されるように形成した
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
   ２≦Ｎ≦８
   である
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
3. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
   前記発熱素子の領域上での前記隔壁間及び前記隔壁と前記側壁とでなす間隔Ｗ１と、前記共通流路側端での前記隔壁間及び前記隔壁と前記側壁とでなす間隔Ｗ２とは、
   Ｗ２＜Ｗ１
   である
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
4. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
   前記隔壁の前記共通流路側端に対して、前記側壁の前記共通流路側端の方が、前記発熱素子から遠ざかる側に位置している
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
5. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
   前記共通流路には、前記バリア層の一部によって形成された複数の柱からなるフィルターを備え、
   前記フィルターの前記柱は、前記発熱素子の配列ピッチと異なるピッチで配置され、
   前記隔壁の前記共通流路側端に対して、前記側壁の前記共通流路側端の方が、前記発熱素子から遠ざかる側に位置しており、
   前記側壁の前記共通流路側端と、前記フィルターの前記柱とが連結している
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
6. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
   １つの前記半導体基板上に、複数の前記液体吐出ユニットを設けるとともに、複数の前記液体吐出ユニットの全ての前記ノズルを一定のピッチで配置した
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
7. 請求項６に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
   複数の前記液体吐出ユニットは、前記半導体基板の１辺の外縁部に配置されている
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
8. 請求項６に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
   複数の前記液体吐出ユニットは、前記半導体基板の対向する２辺の外縁部にそれぞれ配置されている
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
9. 請求項６に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
   前記半導体基板には、裏面側から表面側に貫通する長穴が形成されており、
   前記長穴に沿って、その両側に、複数の前記液体吐出ユニットが対向して配置されている
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
10. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
    前記発熱素子の配列方向に沿って、複数の前記半導体基板をライン状に配置し、各前記半導体基板の前記共通流路を前記半導体基板に配置方向に沿って設けることにより、ラインヘッドを形成した
    ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
11. 請求項１０に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
    複数の前記半導体基板をライン状に配置したものを、列状に複数並べ、
    １つの列の複数の前記半導体基板と、他の列の複数の前記半導体基板とに対し、異なる特性の液体を供給するようにした
    ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
12. 半導体基板上に設けられ、一方向に沿って複数配列された発熱素子と、
    前記発熱素子上に位置するノズルが形成されたノズル層と、
    前記半導体基板と前記ノズル層との間に設けられたバリア層と、
    前記バリア層の一部によって形成されており、各前記発熱素子間に配置されるとともに、前記発熱素子の並び方向に垂直な方向に延在した隔壁と、
    前記バリア層の一部によって形成されており、Ｎ（Ｎは、２以上の整数）個の前記発熱素子と（Ｎ−１）個の前記隔壁に対して、これらの外側に前記隔壁に平行に一対設けられた側壁と、
    前記バリア層の一部によって形成されており、前記発熱素子の配列方向に沿って設けられた後壁と
    を備え、
    前記Ｎ個の前記発熱素子、前記（Ｎ−１）個の前記隔壁、一対の前記側壁、及び前記後壁を含むものを液体吐出ユニットとし、前記発熱素子に対して前記後壁と反対側に共通流路を設け、前記側壁の共通流路と反対側の端部と前記後壁とを連結し、前記隔壁の前記共通流路と反対側の端部を前記後壁から所定の間隔を隔てて配置し、１つの前記液体吐出ユニットにおいて、前記共通流路側及び前記後壁側から各前記発熱素子に液体が供給されるように形成した液体吐出ヘッドを備える
    ことを特徴とする液体吐出装置。