JP4455943B2 - 液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ、液滴吐出装置、記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ、液滴吐出装置及び記録装置に関するものである。

液体を吐出する液体吐出素子を配置した基板と、この基板と接合されかつ液体吐出素子に対応した液路を構成する溝が形成された溝付部材とを有し、液体を吐出して記録を行う液体吐出記録ヘッドは知られている（例えば、特許文献１乃至８参照）。
特許文献１には、液体を吐出するための液体吐出素子が配置された基板と、この基板と接合されかつ前記液体吐出素子に対応した液路を構成する溝が形成された溝付き部材とを有し、液体を吐出して記録を行ない、前記溝付き部材が溝を形成するための溝付き板と、この溝付き板を支持するための支持部材とで構成されている液体噴射ヘッドおよびその製造方法が開示されている。
特許文献２には、液体吐出素子が配置された基板と、この基板と接合され、かつ前記液体吐出素子に対応した液路を構成する溝が形成された溝付き部材とを有し、液体を吐出して記録を行ない、前記溝付き部材が溝を形成するための溝付き板と、この溝付き板を支持するための支持部材とで構成されている液体噴射ヘッドが開示されている。
特許文献３には、吐出エネルギ発生素子が複数配列された素子基板を支持体上に有し、前記吐出エネルギ発生素子に対応して流路を形成するための複数の溝が設けられ、前記素子基板の吐出エネルギ発生素子列を覆う溝付き部材を有しており、前記溝付き部材が前記複数の溝の配列方向に、複数に分割されたインサート部材を有しているインクジェット記録ヘッドが開示されている。
特許文献４には、発熱手段により開口部からインク液を吐出させ記録媒体上に記録を行う発熱式インクジェットにおいて低表面張力の多孔質体を使用すると、隣接チャンネルとのクロストークの防止、消費されたインク液の再充填が迅速に行われ、かつ長期間の使用においても多孔質体の封孔が起こらず、安定にインク液滴吐出を行うことができることを見いだし、吐出ヘッドまたはインク通路の少なくとも一方に設けられた非柔軟性多孔質体を前記吐出ヘッドへのインク供給に利用するインクジェット記録ヘッドが開示されている。
特許文献５には、吐出効率を向上させるとともにクロストークを低減させるために、加圧室の隔壁内に空洞部を有する構成とした液滴吐出ヘッド、また、加圧室間の隔壁内にヤング率１．５〜５．０×１０６Ｐａ．の緩衝材が埋没されている液滴吐出ヘッドが開示されている。
特開平６−２４６９２０号公報 特開平７−２６６５６６号公報 特開平１１−２０１６７号公報 特開２００３−１３６７５４公報 特開２００１−２２５４６７公報 特公平２−５１７３４号公報 特公昭６１−５９９１１号公報 特開平５−５０６０１号公報

液滴吐出記録ヘッドとしては、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記録ヘッド、インクを液滴として吐出する液滴吐出記録ヘッド等がある。
かかる液滴吐出記録ヘッドの中で、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吐出口と、この吐出口が連通する液貯留室および液流路（インク流路、吐出室、加圧液室、流路とも称される。）と、この液流路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記録ヘッドとしてのインクジェット記録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記録ヘッドを中心に説明をする。インクジェット記録ヘッドとしては駆動手段が圧電素子であるもの（特許文献６）やインクを加熱して気泡を発生させ、その圧力でインクを吐出させるもの（特許文献７）、駆動手段に静電気力を利用したもの（特許文献８）などがある。
上記駆動手段の中で、インクを加熱して気泡を発生させ、その圧力でインクを吐出させる方法では、インクを加熱する手段として電気熱変換素子を備えている。
すなわち、インクジェット記録ヘッドは電気信号が印加されることにより、発熱してインクを加熱することができる発熱抵抗体（以下「ヒータ」と示す）とこのヒータに電気信号を印加するための電極とを有する。

このようなインクジェット記録ヘッドのインク吐出口側からの表面を示すと、以下の図のようになっている。図３４は従来例のインク吐出口側からの表面を示す模式図である。図３５は図３４の線Ａ１−Ａ２に沿う断面模式図である。図３６は図３４の線Ｂ１−Ｂ２に沿う断面模式図である。
インクはヒータ３の発熱により発泡し、その発泡エネルギによって吐出口５からインク滴が吐出される。またここで使用されるインクは一般に顔料や染料などの記録成分とこれを溶解または分散させるための水、あるいは水と水溶性有機溶剤とからなる溶媒成分とによって形成されている。
上記のようなヒータを駆動手段とするインクジェット記録装置において、使用環境温度が高くなった場合や、インクジェット記録ヘッド自体の温度が上昇した場合においては、電気熱変換素子３が配置された基板１と、液貯留室１０および液流路１１を構成するための隔壁４を有する液室形成部材との熱膨張係数の差から、液貯留室および液流路の配置位置と電気熱変換素子との相対的配置間隔にずれが生じる。
それによって、液貯留室および液流路を構成する隔壁と電気熱変換素子との間隔は、インクジェット記録ヘッドの端部側ほど変化してしまうため、吐出エネルギを液貯留室中の液体に加える位置が変化してしまい、吐出インクのよれや、インクの着弾精度の低下を招いてしまう。
この傾向は、インクを加熱して気泡を発生させて液体であるインクを吐出して記録を行う方法において強く、またとくに、近年のように記録の高速化を図るために開発が進められている長尺な液体噴射ヘッドにおいてこの傾向が強く、高画質、高精細画像を高速で記録する記録装置を得る上でとくに大きな解決すべき課題となっていた。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、熱交換効率を向上することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、
複数の液滴吐出口と、各液滴吐出口から液体を吐出するための熱エネルギを発生する電気熱変換素子とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、
前記各液滴吐出口と連通する液貯留室および液流路を形成する隔壁を備え、
前記隔壁内に隔壁内溝を形成し、この隔壁内溝の少なくとも一部に液体を流動させる
構成とした。
ここで、前記隔壁内溝を各液流路に吐出する液体を供給する共通液体供給部と連通させた構成とできる。
また、前記隔壁内溝を前記共通液体供給部と連通させ、かつ前記液貯留室に開放部を１箇所以上設けることにより前記隔壁内溝に共通液体供給部からの液体を充填する構成とできる。
本発明に係る液体カートリッジは、本発明に係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タンクを一体化したものである。
本発明に係る液滴吐出装置は、本発明に係る液滴吐出ヘッド又は本発明に係る液体カートリッジを備えている構成とした。
ここで、前記液滴吐出ヘッド又は前記液体カートリッジへの冷媒供給および熱交換装置を備える構成とできる。
本発明に係る記録装置は、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えている構成とした。

本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、各液滴吐出口と連通する液貯留室および液流路を形成する隔壁を備え、隔壁内に隔壁内溝を形成し、この隔壁内溝の少なくとも一部に液体を流動させる構成としたので、熱交換効率が向上し、液吐出特性の変動を抑制できる。
本発明に係る液体カートリッジによれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えるので、熱交換効率が向上し、液吐出特性の変動を抑制できる。
本発明に係る液滴吐出装置によれば、本発明に係る液滴吐出ヘッド又は本発明に係る液体カートリッジを備えるので、信頼性が向上する。
本発明に係る記録装置によれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えるので、信頼性が向上する。

図１は本発明によるインクジェット記録ヘッドを模式的に示す斜視図である。液滴吐出ヘッドとしてのインクジェット記録ヘッド（以下、「液滴吐出記録ヘッド」という。）は、シリコン基板１上に電気熱変換素子３（ヒータ、熱変換素子、振動素子）を所定のピッチにて配列した素子列を、２列平行に、且つ素子同志の配列方向位置を交互にずらして形成している。
この電気熱変換素子３から成る２つの素子列の間の基板面には、素子列と平行にインク供給口２が貫通形成されている。隣接し合う各素子３間には幅方向へ延びるインク流路壁（隔壁）４を介在させることにより、インク流路壁４間にインク流路（液貯留室１０および液流路１１）を形成している。図示しない共通液体供給部とインク供給口２は、各インク流路１１にインクを供給するための手段である。更に、基板１の上面を覆うように固定されたオリフィスプレート６の天井面には、各素子３と対応する位置にインク吐出口５が形成されている。
電極パッド７は、各素子３に対応した基板端縁に形成されている。各素子３には、ビームリード８を介してフィルムキャリアテープ９が接続されている。
図２は本発明によるインク吐出口側からの表面の第１の実施の形態を示す模式図である。図３は図２の線Ａ１−Ａ２に沿う断面模式図である。図４は図２の線Ｂ１−Ｂ２に沿う断面模式図である。
図２〜図４の符号２１で示すように、インク流路１０、１１（とくに液貯留室１０）の周辺（両外側）に存在するオリフィスプレート６の隔壁（オリフィスプレートの天板から垂下した壁）の内部を異種部材充填または空洞とする構成をとる（以下、符号２１を「隔壁内溝」と称す）。この例では、隔壁内溝２１は、素子３、液貯留室１０の外側をコ字状に包囲すると共に、液貯留室１０間に一部が突出している。インク流路壁４もオリフィスプレート６の垂下隔壁の一部をして構成してもよい。
このような構成を採ることにより、インク吐出時に発生する圧力伝播のさい、隔壁内溝２１で位相変化が生じ、チャネル間の共振を緩和する。このことにより、クロストークを防ぐ。
また、隔壁内溝２１による接合面積の減少はあるが、接合強度を所望の強度に保てば、隔壁内溝２１の材料を選択することにより、基板１と隔壁形成部材の熱膨張係数の差により生ずる熱応力に対して、隔壁内溝２１が応力緩和部として作用するため、熱歪または位置ずれの防止効果も生じる。
ここでの説明図は閉塞溝の図にとどまるが、隔壁内溝２１をインク吐出口５側へ開放（連通）した構成としたり、ヘッド側面側または裏面側へ開放した溝の形成を行うことも可能である。さらに、隔壁内溝２１内に液体、気体等の流体を流動させることにより熱交換効率の向上を図る例を示す。

図５は本発明によるインク吐出口側からの表面の第１の実施の形態を示す模式図である。図６は吐出部の周囲にも流動させる例について図５の一部を示す拡大図である。
前記インクジェット記録ヘッドの隔壁内溝２１内に外部から気体または液体を充填（循環、流入流出）させるために、基板１の裏面に貫通穴Ｉ、Ｏを追加して、ＩからＯへ気体または液体を流動させる。貫通穴Ｉ、Ｏの具体的構成、製造方法等は後述するが、隔壁内溝２１に対して流体を充填することが可能な位置に適当な開口径で形成される。
図６において、隔壁内溝２１の溝幅Ｓｍは液体、気体を流動させる部分（主流部）の断面積、Ｓ１は各吐出口５間を流動させる部分（支流部、吐出口間への突出部）の断面積、Ｓ２は各吐出口間を流動させる部分での流体を流動させる部分（主流部）の断面積を示している。換言すれば、Ｓ２は、島状の仕切部６ａと隔壁内溝２１の主流部内壁との間の間隔を示す。
流体を効率的に流動させるために、Ｓ２＜Ｓｍ、Ｓ２＜Ｓ１の関係を満たすように隔壁内溝２１を配置する。このようにして、隔壁内溝２１に流れを作ることにより熱交換効率（冷却効率）を向上させる。
図７は本発明によるインク吐出口側からの表面の第２の実施の形態を示す模式図である。ここでは、簡便化、小型化を図るために、吐出させる液体（インク）を利用して隔壁内溝２１を構成する例を示している。即ち、隔壁内溝２１は、素子列、流路１０、１１全体を包囲するようにオリフィスプレート６の肉厚内に形成されており、隔壁内溝２１は複数の支流部にてインク供給口２と連通している。

図８は隔壁内溝内への液体（インク）の供給を説明する模式図である。図８に示すように、隔壁内溝２１の主流部から内側に複数枝分かれした支流部を共通液体供給部２２（インク供給口２）に連通させることにより、隔壁内溝２１内に液体（インク）を供給（および充填、循環、流入流出）しようとするものである。
隔壁内溝の溝幅および液体（インク）の粘度および供給圧により、液体（インク）の隔壁内溝２１内への進入度合いは変化するが、いずれの場合も隔壁形成部材とは異なる物質が隔壁内溝２１内に存在することとなり、インク吐出時に発生する圧力伝播のさい、隔壁内溝２１で位相変化が生じ、チャンネル間の共振を緩和する。
このことによりクロストークを防ぐことができる。図８のように隔壁内溝２１と連通するＩ、Ｏ部を基板底面に形成し、液体充填時にＩ、Ｏ部から隔壁内溝２１全体に液体（インク）を満たすようにしても良い。Ｉ、Ｏ部からは液抜きも可能である。
図９は本発明によるインク吐出口側からの表面の第３の実施の形態を示す模式図である。図１０は図９の一部を示す拡大図である。図９および図１０は、隔壁内溝内の液体を流動（および交換）させるために、隔壁内溝を共通液体供給部２２に開放し、かつ前記液貯留室１０との開放部（連通部）２１ａを１箇所以上設ける例を示している。
このような構造とすることにより液体充填時に隔壁内溝２１全体を液体で満たすことが可能となり、小型化が図れる。さらに、隔壁内溝２１に液体流れ（共通液体供給部２２から流入、インク吐出口５から流出）を発生させ液交換させることが可能となり、液交換による熱交換効率（冷却効率）の向上が図れる。

次に、図１１乃至図１６は本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する方法の第１の実施形態を説明しており、図１１は本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第１の実施の形態の第１工程を説明する図である。
図１２は本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第１の実施の形態の第２工程を説明する図である。図１３は本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第１の実施の形態の第３工程を説明する図である。
図１４は本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第１の実施の形態の第４工程を説明する図である。図１５は本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第１の実施の形態の第５工程を説明する図である。図１６は本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第１の実施の形態の第６工程を説明する図である。
図１１に示すように、＜１００＞面の結晶方位を持つＳｉ基板１を用いて、半導体製造技術により、電気熱変換素子３と、これを駆動するための駆動素子（図示せず）を形成した。次いで、電気熱変換素子３と外部制御機器（図示せず）との電気的取り出し電極（図示せず）を形成した。
さらに、Ｓｉ基板裏面には、後述する異方性エッチング工程で必要とするエッチングマスク材３１を形成した。エッチングマスク材３１としては、半導体製造工程における酸化工程で形成される熱酸化膜やプラズマＣＶＤ等によるＳｉＮ膜が望ましい。
本実施の形態では、熱酸化膜を用いたが、異方性エッチング液に耐える材料であれば、とくに限定するものではない。製造方法もとくに限定するものではない。上記工程は、発明と直接関係がないので詳細は省略する。
図１２に示すように、インク流路１０、１１および隔壁内溝２１を形成するための除去可能な型材３２および３２ｖを、Ｓｉ基板１の電気熱変換素子３側の面に、フォトリソグラフィ技術により形成した。つまり、型材３２および３２ｖは後述の行程において除去されたときに空所となって、インク流路、隔壁内溝を構成する。本実施の形態では、ポジ型フォトレジストＰＭＥＲ−ＡＲ９００（東京応化工業（株））を用い、所望の膜厚でパターンを形成した。このパターンによってインク流路および隔壁内溝が形成される。

図１３に示すように、図１２の工程で形成されたインク流路および隔壁内溝となる除去可能な型材３２、３２ｖの上に、これを被覆するようにオリフィスプレート材６をフォトリソグラフィ技術により形成し、これにインク吐出口５および隔壁内溝形成パターン口（図示せず）を形成した。
オリフィスプレート材６としては、感光性エポキシ樹脂、感光性アクリル樹脂等が挙げられる。このオリフィスプレート材６は、常にインクと接触するため、以下の点を考慮して選択する必要がある。
オリフィスプレート材６がインクと接触したとき、そのオリフィスプレート材６より不純物がインクに溶出しないこと、オリフィスプレート材６とＳｉ基板１との密着性がよく、経時変化により剥がれが起こらないことである。
これらの点を考慮すると、オリフィスプレート材６としては、光反応によるカチオン重合化合物が適している。また、オリフィスプレート材６の選択は、使用するインクによっても大きく左右されることから、必ずしも本発明者の推奨する材料に限らなくてもよい。それ以外の材料でも、目的にあった材料であれば、その種類を問わない。
図１４に示すように、Ｓｉ基板１の裏面（インクジェット記録ヘッドとしての機能素子３が形成された面の反対側）に形成されたエッチングマスク材３１にパターン３３をエッチングにより形成した。
このパターン３３の形成は、エッチングマスク材３１をフォトレジストによるフォトリソグラフィ技術により行った。このパターン３３がＳｉ基板１に形成するインク供給口２の平面形状を構成する。

図１５に示すように、異方性エッチングによりインク供給口２を形成した。Ｓｉ異方性エッチング液としては、アルカリ系のエッチング液として、例えば、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＴＭＡＨといった溶液を用いるのが一般的である。
各エッチング液とも、濃度および処理温度の条件により、エッチング速度、エッチング面の平滑性が異なることから、実験により選択する。本実施の形態では、ＴＭＡＨ２２ｗｔ％溶液を用いて、エッチング液温度８０℃にて所定の時間、異方性エッチングを行った。
このとき、インクジェット記録ヘッドの機能素子が形成された面は、エッチング液が触れないような治具、あるいは保護手段を用いて保護した。図１６に示すように、図１２の工程で形成したインク流路用および隔壁内溝の型材３２、３２ｖ（３２ｖを異種材料として残す場合は、隔壁形成部材で閉塞状態のパターンとする）を溶解除去した。
このようにして、型材３２ｖのパターン通りに隔壁内溝２１を形成する。以上の図１１〜図１６の工程が、インクジェット記録ヘッドの主たる製造工程である。
図１７乃至図２２は本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第２の実施の形態を説明しており、図１７は本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第２の実施の形態の第１工程を説明する図である。
図１８は本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第２の実施の形態の第２工程を説明する図である。図１９は本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第２の実施の形態の第３工程を説明する図である。
図２０は本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第２の実施の形態の第４工程を説明する図である。図２１は本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第２の実施の形態の第５工程を説明する図である。図２２は本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第２の実施の形態の第６工程を説明する図である。

以下に本発明の第２の実施の形態を示す。図１７に示すように、＜１００＞面の結晶方位を持つＳｉ基板１を用いて、半導体製造技術により、電気熱変換素子３と、これを駆動するための駆動素子（図示せず）を形成した。
次いで、電気熱変換素子３と外部制御機器（図示せず）との電気的取り出し電極（図示せず）を形成した。さらに、Ｓｉ基板１の裏面は後述する異方性エッチング工程で必要とするエッチングマスク材３１を形成した。
図１８に示すように、インク流路および隔壁内溝となる除去可能な型材３２および３２ｖを、Ｓｉ基板１の電気熱変換素子３側の面に、フォトリソグラフィ技術により形成した。
図１９に示すように、図１８の工程で形成されたインク流路および隔壁内溝となる除去可能な型材３２、３２ｖの上に、これを被覆するようにオリフィスプレート材６をフォトリソグラフィ技術により形成し、これにインク吐出口５および隔壁内溝の外部への開放パターン５ｖを同時に形成した。
図２０に示すように、Ｓｉ基板１の裏面（インクジェット記録ヘッドとしての機能素子が形成された面の反対側）に形成されたエッチングマスク材３１にパターン３３をエッチングにより形成した。
パターン３３の形成は、エッチングマスク材３１をフォトレジストによるフォトリソグラフィ技術により行った。このパターン３３がＳｉ基板１に形成するインク供給口２の平面形状となる。
図２１に示すように、異方性エッチングによりインク供給口２を形成した。このとき、インクジェット記録ヘッドの機能素子が形成された面は、エッチング液が触れないような治具、あるいは保護手段を用いて保護した。
図２２に示すように、図１８の工程で形成したインク流路用および隔壁内溝用の型材３２、３２ｖを溶解除去した。以上のように吐出口側に溶解除去するための溶解液流入口（図１９での隔壁内溝の外部への開放パターン５ｖ）をインク吐出口５と同時に形成することにより、工程を増加させることなく、隔壁内溝２１を形成するための型材３２ｖを確実に溶解除去することが可能となる。

図２３乃至図２８は本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第３の実施の形態を説明しており、図２３は本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第３の実施の形態の第１工程を説明する図である。
図２４は本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第３の実施の形態の第２工程を説明する図である。図２５は本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第３の実施の形態の第３工程を説明する図である。
図２６は本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第３の実施の形態の第４工程を説明する図である。図２７は本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第３の実施の形態の第５工程を説明する図である。図２８は本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第３の実施の形態の第６工程を説明する図である。
図２３は本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第３の実施の形態を示している。また、図２３乃至図２８は、図８のＣ１−Ｃ２断面を示している。図２３に示すように、＜１００＞面の結晶方位を持つＳｉ基板１を用いて、半導体製造技術により、電気熱変換素子３と、これを駆動されるための駆動素子（図示せず）を形成した。
次いで、電気熱変換素子３と外部制御機器（図示せず）との電気的取り出し電極（図示せず）を形成した。さらに、Ｓｉ基板裏面は後述する異方性エッチング工程で必要とするエッチングマスク材３１を形成した。
図２４に示すように、インク流路および隔壁内溝となる除去可能な型材３２および３２ｖを、Ｓｉ基板１の電気熱変換素子３側の面に、フォトリソグラフィ技術により形成した。
図２５に示すように、図２４の工程で形成されたインク流路および隔壁内溝となる除去可能な型材３２、３２ｖの上に、これを被覆するようにオリフィスプレート材６をフォトリソグラフィ技術により形成し、これにインク吐出口５を形成した。

図２６に示すように、Ｓｉ基板１の裏面（インクジェット記録ヘッドとしての機能素子が形成された面の反対側）に形成されたエッチングマスク材３１にインク供給口パターン３３および隔壁内溝の外部への開放パターン３３ｖを同時にエッチングにより形成した。
インク供給口パターン３３および３３ｖの形成は、エッチングマスク材３１をフォトレジストによるフォトリソグラフィ技術により行った。図２７に示すように、異方性エッチングによりインク供給口２を形成した。このとき、同時に裏面側へ隔壁内溝の開放部２ｖが形成される。
図２８に示すように、図２４の工程で形成したインク流路用および隔壁内溝用の型材３２、３２ｖを溶解除去した。以上のように基板裏面側に溶解除去するための溶解液流入口（図２６での隔壁内溝の外部への開放パターン３３ｖ）をインク供給口パターン３３と同時に形成する
これにより、工程を増加させることなく、隔壁内溝２１を形成するためのパターン３２ｖを確実に溶解除去することが可能となり、裏面側からの外部への開放口が同時形成可能となる。
図２９は外部から冷媒（気体または液体）を供給、排出することにより熱交換を行う第１実施の形態を示す概略斜視図である。図３０は外部から冷媒（気体または液体）を供給、排出することにより熱交換を行う第１実施の形態を示す概略斜視図である。
図２９および図３０において、図８および図２３乃至図２８に示すような穴ＩおよびＯを介して裏面への開口を有するヘッド形成後、インク供給口以外に冷媒（気体または液体）を供給、排出する口１７ａを配した支持部材１７を基板１に接着剤で接着する。
その後、インク供給部材１５などを接着していく。支持部材１７の排出口、供給口は、図２９（側面から）、また、図３０（底面から）のどちらからでもよい。いずれの場合も各口に外部より熱交換機能をもった装置を接続する。
このように熱交換機能を具備することにより、さらに基板の冷却効率は向上し、冷却効率変更及び管理が可能となる。このさいに使用する冷媒（熱交換媒体）として純水を用いるのが一般的に安価で効率も良い。
しかし、他に気体として、Ａｒ、ＣＨ₄、Ｃ₂Ｈ₄、（Ｃ₂Ｈ₅）₂Ｏ、Ｃ₂Ｈ₅ＯＨ、ＣＯ、ＣＯ₂、Ｆ₂、Ｈ₂Ｏ、Ｈｅ、Ｎ₂、ＮＨ₃、Ｎｅ、Ｏ₂、空気、液体として、ＣＣｌ₄、ＣＣｌ₃Ｆ、Ｃ₆Ｈ₆、Ｃ₆Ｈ₅ＣＨ₃、（ＣＨ₃）₂ＣＯ、Ｃ₃Ｈ₈Ｏ₃、ＣＨ₃ＯＨ、Ｃ₂Ｈ₅ＯＨ、Ｄ₂Ｏ、Ｈ₂Ｏ、Ｎ₂、石油などを用いても良い。
また、インクをこの媒体として用いて（インクカートリッジから分岐あるいは廃液回収から分岐させる）隔壁内溝２１内を流動させることにより、簡便化させることも可能である。

図３１は本発明に係るインクカートリッジを示す斜視図である。図３１を参照して本発明に係るインクカートリッジについて説明する。このインクカートリッジは、インク吐出口５等を有する上記各実施の形態のいずれかのインクジェット記録ヘッド４０と、このインクジェット記録ヘッド４０に対してインクを供給するインクタンク４１とを一体化したものである。
このようにインクジェット記録ヘッド−インクタンク一体型のインクジェット記録ヘッドの場合、インクジェット記録ヘッドの歩留まり不良は直ちにインクカートリッジ全体の不良に繋がる。
そのため、上述したようにインクジェット記録ヘッドの高熱による吐出不良を低減することで、インクカートリッジの歩留まりが向上し、インクジェット記録ヘッド一体型インクカートリッジの低コスト化を図れる。

図３２は本発明に係るインクジェット記録ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の実施の形態を示す概略斜視図である。図３３は図３２のインクジェット記録装置を搭載した画像形成装置においてインクジェット記録装置の機構部分を説明する側面図である。
図３２および図３３に示すインクジェット記録装置４３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４５、このキャリッジ４５に搭載した本発明を実施したインクジェット記録ヘッドからなる複数の記録ヘッド５３、この記録ヘッド５３へインクを供給するインクカートリッジ４６等で構成される印字機構部４４等を収納している。
装置本体の下方部には前方側から多数枚の用紙４７を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい）４８を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙４７を手差しで給紙するための手差しトレイ４９を開倒することができる。
給紙カセット４８或いは手差しトレイ４９から給送される用紙４７を取り込み、印字機構部４４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５０に排紙する。
印字機構部４４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５１と従ガイドロッド５２とでキャリッジ４５を主走査方向（図３３で紙面垂直方向）に摺動自在に保持している。
このキャリッジ４５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記録ヘッドからなる記録ヘッド５３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４５にはヘッド５３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４６を交換可能に装着している。インクカートリッジ４６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記録ヘッドへインクを供給するインク供給口を、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記録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、インクジェット記録ヘッド５３としてここでは各色のインクジェット記録ヘッド６４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４５は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド５０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５１に摺動自在に載置している。
そして、このキャリッジ４５を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ５４で回転駆動される駆動プーリ５５と従動プーリ５６との間にタイミングベルト５７を張装し、このタイミングベルト５７をキャリッジ４５に固定しており、主走査モータ５４の正逆回転によりキャリッジ４５が往復駆動される。

一方、給紙カセット４８にセットした用紙４７をヘッド５３の下方側に搬送するために、給紙カセット４８から用紙４７を分離給装する給紙ローラ５７およびフリクションパッド５８と、用紙４７を案内するガイド部材５９と、給紙された用紙４７を反転させて搬送する搬送ローラ６０を設けている。
さらに、この搬送ローラ６０の周面に押し付けられる搬送コロ６１および搬送ローラ６０からの用紙４７の送り出し角度を規定する先端コロ６２を設けている。搬送ローラ６０は副走査モータ６３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４５の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ６０から送り出された用紙４７を記録ヘッド５３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６４を設けている。
この印写受け部材６４の用紙搬送方向下流側には、用紙４７を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ６５、拍車６６を設け、さらに用紙４７を排紙トレイ５０に送り出す排紙ローラ６７および拍車６８と、排紙経路を形成するガイド部材６９、７０とを配設している。
記録時には、キャリッジ４５を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド５３を駆動することにより、停止している用紙４７にインクを吐出して１行分を記録し、用紙４７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４７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４７を排紙する。また、キャリッジ４５の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド５３の吐出不良を回復するための回復装置７１を配置している。

回復装置７１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４５は印字待機中にはこの回復装置７１側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド５３をキャッピングし、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記録ヘッド５３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、高熱によるインク（液）滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られて、画像品質が向上する。

上記実施形態で説明したように、隔壁内に設けられた溝により、インク吐出時に発生する隣接チャネルへの圧力干渉に対して、チャンネル間の溝（空洞、気体充填、または異種材充填）で共振を防ぐことにより、クロストーク耐性を向上させる。さらに、溝の開放部から熱交換することが可能となり、発熱耐性を向上させる。
隔壁内に設けられた溝を共通液体供給部に開放することにより上記でのクロストーク耐性の向上および溝を液体で満たすことによる発熱耐性の向上を実現しつつ、小型化が可能となる。さらに液体の流動により熱交換効率（冷却効率）が向上し、発熱耐性のさらなる向上が図れる。
また、液滴を吐出する液滴吐出記録ヘッドとこの液滴吐出記録ヘッドに液滴を供給する液滴タンクを一体化した液体カートリッジにおいて、前記液滴吐出記録ヘッドが上述した液滴吐出記録ヘッドである液体カートリッジによれば、本発明に係るいずれかの液滴吐出ヘッドである液滴吐出記録ヘッドとこの液滴吐出記録ヘッドに液体を供給する液体タンクを一体化したので、製造不良が減少し、低コスト化を図ることができる。
また、上述した液滴吐出記録ヘッドを使用した液滴吐出装置は、液吐出特性の変動を抑止した液滴吐出記録ヘッドを使用した吐出装置であるため高信頼性の液滴吐出装置を提供できる。
また、上述した液滴吐出記録ヘッド、上述した液体カートリッジの液滴吐出記録ヘッドへの冷媒供給および熱交換装置を設けることによりさらなる耐熱性が向上し、液吐出特性の変動を抑止した液滴吐出記録ヘッドを使用した吐出装置であるため高信頼性の液滴吐出装置を提供できる。

本発明によるインクジェット記録ヘッドを模式的に示す斜視図である。 本発明によるインク吐出口側からの表面の第１の実施の形態を示す模式図である。 図２の線Ａ１−Ａ２に沿う断面模式図である。 図２の線Ｂ１−Ｂ２に沿う断面模式図である。 本発明によるインク吐出口側からの表面の第１の実施の形態を示す模式図である。 吐出部の周囲にも流動させる例について図５の一部を示す拡大図である。 本発明によるインク吐出口側からの表面の第２の実施の形態を示す模式図である。 隔壁内溝内への液体（インク）の供給を説明する模式図である。 本発明によるインク吐出口側からの表面の第３の実施の形態を示す模式図である。 図９の一部を示す拡大図である。 本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第１の実施の形態の第１工程を説明する図である。 本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第１の実施の形態の第２工程を説明する図である。 本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第１の実施の形態の第３工程を説明する図である。 本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第１の実施の形態の第４工程を説明する図である。 本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第１の実施の形態の第５工程を説明する図である。 本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第１の実施の形態の第６工程を説明する図である。 本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第２の実施の形態の第１工程を説明する図である。 本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第２の実施の形態の第２工程を説明する図である。 本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第２の実施の形態の第３工程を説明する図である。 本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第２の実施の形態の第４工程を説明する図である。 本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第２の実施の形態の第５工程を説明する図である。 本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第２の実施の形態の第６工程を説明する図である。 本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第３の実施の形態の第１工程を説明する図である。 本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第３の実施の形態の第２工程を説明する図である。 本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第３の実施の形態の第３工程を説明する図である。 本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第３の実施の形態の第４工程を説明する図である。 本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第３の実施の形態の第５工程を説明する図である。 本発明による液滴吐出記録ヘッドを製造する第３の実施の形態の第６工程を説明する図である。 外部から冷媒（気体または液体）を供給、排出することにより熱交換を行う第１実施の形態を示す概略斜視図である。 外部から冷媒（気体または液体）を供給、排出することにより熱交換を行う第１実施の形態を示す概略斜視図である。 本発明に係るインクカートリッジを示す斜視図である。 本発明に係るインクジェット記録ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の実施の形態を示す概略斜視図である。 図３２のインクジェット記録装置を搭載した画像形成装置においてインクジェット記録装置の機構部分を説明する側面図である。 従来例のインク吐出口側からの表面を示す模式図である。 図３４の線Ａ１−Ａ２に沿う断面模式図である。 図３４の線Ｂ１−Ｂ２に沿う断面模式図である。

符号の説明

１ 基板
２ インク（液滴）供給口
２ｖ 開放部
３ 電気熱変換素子
４ 隔壁（インク流路壁）
５ インク（液滴）吐出口
１０ インク（液）貯留室
１１ インク（液）流路
２１ 溝（隔壁内溝）

Claims (7)

1. 複数の液滴吐出口と、各液滴吐出口から液体を吐出するための熱エネルギを発生する電気熱変換素子とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記各液滴吐出口と連通する液貯留室および液流路を形成する隔壁を備え、
   前記隔壁内に隔壁内溝を形成し、この隔壁内溝の少なくとも一部に液体を流動させる
   ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記隔壁内溝を各液流路に吐出する液体を供給する共通液体供給部と連通させたことを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
3. 前記隔壁内溝を前記共通液体供給部と連通させ、かつ前記液貯留室に開放部を１箇所以上設けることにより前記隔壁内溝に共通液体供給部からの液体を充填することを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッド。
4. 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３のいずれかに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。
5. 請求項１乃至３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド又は請求項４に記載の液体カートリッジを備えていることを特徴とする液滴吐出装置。
6. 前記液滴吐出ヘッド又は前記液体カートリッジの液滴吐出ヘッドへの冷媒供給および熱交換装置を備えていることを特徴とする請求項５に記載の液滴吐出装置。
7. 請求項１乃至３のいずれかに項記載の液滴吐出ヘッドを備えていることを特徴とする記録装置。

Images