JP7047587B2 - インクジェットヘッドおよびインクジェット画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェットヘッドおよびインクジェット画像形成装置に関する。

インクジェットプリンタ等に用いられるインクジェットヘッドは、例えば、アクチュエータが格納された圧力室を備え、インク室から圧力室を介してノズル開口まで連通するインクの通路ないし流路が設けられたものがある。このうち、インク室から圧力室までの流路にはインレットと称される流路抵抗を絞るためのインクの通路が、圧力室からノズル開口までの流路にはアウトレットと称される流路抵抗を絞るためインクの通路が、各々設けられる。

また、インクジェットヘッドでは、インクの通路となる孔ないし開口を複数の板状の部材に形成し、これら板状の部材を積層し、接着剤等を用いて固定することによって、インク室からノズル開口まで連通するインクの流路を形成する構成のものがある。かかる構成のインクジェットヘッドでは、積層される部材間において、インクの流路が連結する箇所が生じる。

他方、このような流路の連結箇所（接続部分）では、部材間で完全に同一形状の断面の流路の孔（開口）を制作し接合することは、極めて困難（事実上無理）となる。したがって、実際のプロセス設計上は、部材毎の流路における加工の誤差や接合アライメントの誤差を吸収させるために、かかる流路の連結箇所には、あえて若干の段差が発生するように設計されることも多い。特に、圧力室の前後で流路抵抗を絞るためのインレットやアウトレットが形成される場合、インレット（またはアウトレット）を形成する複数の部材の内の上流側または下流側の部材に流路設計上の公差を持たせることがあり、このため、上述した段差が生じやすい。

しかしながら、インクの流路に段差が生じ、かかる段差を形成する面がインクの流れ方向に対して垂直に近くなると、インクの充填、インク押し出しメンテ、インク射出時に気泡が段差部で滞留（トラップ）しやすく、射出欠の原因となるという大きな課題がある。

これに対し、特許文献１では、インクの流路をシームレスに形成する手法が提案されているが、実際の加工プロセスでは、部材間で完全に同一形状の断面の流路の孔（開口）を制作し接合することは上述したように、極めて困難である。

特表２００８－５０９０２４号公報

本発明の目的は、気泡の滞留に起因した射出欠を抑制することが可能なインクジェットヘッドおよびインクジェット画像形成装置を提供することである。

本発明に係るインクジェットヘッドの一態様は、
インク室からノズル開口まで連通するインクの流路が設けられたインクジェットヘッドであって、
前記流路の一部となる第１孔を規定する壁面を有し、前記インクの流れ方向における上流側に位置する第１の部材と、
前記流路の一部となる第２孔を規定する壁面を有し、前記インクの流れ方向における前記第２孔の上流側端部が前記第１孔の下流側端部に連結するように、前記第１の部材に固定される第２の部材と、を備え、
前記第１孔と前記第２孔との連結部分において段差を形成して前記流れ方向と交わる方向に延びるように前記第１の部材または前記第２の部材のうちいずれかの部材に積層されたシリコン酸化物の層の表面である接液面の濡れ性が、前記第１孔の壁面および前記第２孔の壁面のうち、前記接液面の外側に位置する壁面の濡れ性よりも高く、
前記シリコン酸化物の層と前記いずれかの部材との間には、前記シリコン酸化物よりも前記インクへの耐性の高い材料の層が介在されている。
また、本発明に係るインクジェットヘッドの他の態様は、
インク室からノズル開口まで連通するインクの流路が設けられたインクジェットヘッドであって、
前記流路の一部となる第１孔を規定する壁面を有し、前記インクの流れ方向における上流側に位置する第１の部材と、
前記流路の一部となる第２孔を規定する壁面を有し、前記インクの流れ方向における前記第２孔の上流側端部が前記第１孔の下流側端部に連結するように、前記第１の部材に固定される第２の部材と、を備え、
前記第１孔と前記第２孔との連結部分において段差を形成して前記流れ方向と交わる方向に延びる接液面の濡れ性が、前記第１孔の壁面および前記第２孔の壁面のうち、前記接液面の外側に位置する壁面の濡れ性よりも高く、
前記連結部分において、前記第２孔が前記第１孔よりも大きい径を有し、
前記段差を形成する前記接液面は、前記第１孔の端部でリング状を呈し、
前記接液面の濡れ性は、前記第２孔の壁面の濡れ性よりも高い。

本発明に係るインクジェット画像形成装置は、上記のインクジェットヘッドを備える。

本発明によれば、気泡の滞留に起因した射出欠を抑制することができる。

本実施の形態におけるインクジェット画像形成装置の構成例を示す図である。 本実施の形態におけるインクジェットヘッドの一例を示す概略構成図である。 本実施の形態におけるインクジェットヘッドの断面図である。 本実施の形態におけるインクジェットヘッドの第１の構成例を示す一部切欠断面図である。 本実施の形態におけるインクジェットヘッドの第２の構成例を示す一部切欠断面図である。 本実施の形態におけるインクジェットヘッドの第３の構成例を示す一部切欠断面図である。

以下、本実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。また、本発明は、以下の形態に限定されるものではない。

本実施の形態におけるインクジェット画像形成装置は、例えば、後述の本実施の形態に係るインクジェットヘッドを有する以外は、特開２００２－２７３８６７号公報に記載のインクジェット画像形成装置などの公知のインクジェット画像形成装置と同様に構成することができる。以下、図を用いてより詳しく説明する。

インクジェット画像形成装置１００は、図１に示すように、インクジェットヘッド１と、インク供給装置１２０と、搬送装置１３０と、メインタンク１４０とを有している。

インクジェットヘッド１は、インク滴を被印刷物である用紙などの記録媒体１５０に吐出するための複数のノズルを有する。たとえば、インクジェットヘッド１には、色の異なる複数種のインクがそれぞれ特定のノズルに供給されるように構成される。インクジェットヘッド１は、例えば、画像を形成すべき記録媒体１５０の搬送方向Ｘを横切る方向に走査自在に配置されている。インクジェットヘッド１の構成については後述する。

搬送装置１３０は、インクジェットヘッド１に対して記録媒体１５０を搬送するための装置である。搬送装置１３０は、例えば、ベルトコンベア１３１と、回転自在な送りローラー１３２とを備える。ベルトコンベア１３１は、回転自在なプーリー１３３、１３３と、これらのプーリー１３３、１３３に張設されている無端状のベルト１３４と、から構成される。送りローラー１３２は、記録媒体１５０の搬送方向Ｘにおける上流側のプーリー１３３に対向する位置に、ベルト１３４と記録媒体１５０を挟持してベルト１３４上に記録媒体１５０を送り出すように配置されている。

インク供給装置１２０は、インクジェットヘッド１と一体的に配置されている。インク供給装置１２０は、インクの種類ごとに配置されている。たとえば、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）およびＫ（ブラック）の４色のインクを用いる場合では、インク供給装置１２０は、インクジェットヘッド１に四つ配置される。

各インク供給装置１２０は、メインタンク１４０に接続された管１６１および弁１６４を介して、メインタンク１４０内のインクが供給される。また、各インク供給装置１２０は、管１６２を介してインクジェットヘッド１の後述する共通インク室２と連通し、各色のインクを所望の共通インク室２のインク供給口２ａへ供給可能に接続されている。

インクジェットヘッド１は、上記の管１６１から分岐するバイパス管１６３によってメインタンク１４０にも接続されている。管１６１とバイパス管１６３との分岐点には、これら管１６１および１６３の一方または両方にインクの流路を切換、設定可能な弁１６４が配置されている。管１６１、１６２、およびバイパス管１６３は、例えばいずれも可撓性を有するチューブである。弁１６４は、例えば三方弁である。

メインタンク１４０は、インクジェットヘッド１に供給されるべきインクを収容するためのタンクである。メインタンク１４０は、インクジェットヘッド１とは分離して配置されている。メインタンク１４０は、例えば、不図示の撹拌装置を有している。メインタンク１４０は、インクジェット画像形成装置１００の画像形成性能や大きさなどに応じて適宜に決めることが可能である。たとえば、インクジェット画像形成装置の画像形成速度が１～３ｍ^２／分である場合、メインタンク１４０の容量は、例えば１Ｌである。

次に、インクジェットヘッド１の構成について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、インクジェットヘッドの概略構成図、図３は、インクジェットヘッドの断面図である。

図２及び図３に示す装置は、上述したインクジェット画像形成装置１００に用いられるインクジェットヘッド１の概要を示す斜視図である。図２に示すように、インクジェットヘッド１は、共通インク室２と、保持部３と、ヘッドチップ４と、フレキシブル配線基板５と、を有している。

共通インク室２は、中空の略直方体状に形成されており、一面が開口している。共通インク室２の開口と反対側の一面には、インク供給装置１２０のインクを供給するためのインク供給口２ａと、インクをインク供給装置１２０に排出するためのインク排出口２ｂが設けられている。

図３に示すように、共通インク室２の室内２ｃには、フィルタ７が設けられている。フィルタ７は、メッシュ状の部材で形成されている。フィルタ７は、インク供給口２ａから供給されたインクから異物を取り除くと共に、インク内に含有する気泡を細かく破砕する。そして、共通インク室２の開口を覆うようにして保持部３が配置されている。

保持部３は、略中央に開口部３ａを有する略平板状に形成されている。保持部３の一方の面には、開口部３ａを覆うようにして共通インク室２が接続される。また、保持部３の他方の面には、開口部３ａを覆うようにしてヘッドチップ４が接続される。そして、保持部３の開口部３ａを介して共通インク室２と、ヘッドチップ４が連通する。

保持部３の外周部には、挿通孔３ｂが設けられている。挿通孔３ｂには、フレキシブル配線基板５が挿通する。フレキシブル配線基板５は、後述するヘッドチップ４の配線基板５０に接続される。また、フレキシブル配線基板５は、保持部３に設けた挿通孔３ｂを保持部３の他方の面から挿通して、共通インク室２側に引き出される。

ヘッドチップ４は、ノズルプレート１０と、中間プレート２０と、圧力室形成プレート３０と、駆動プレート４０と、配線基板５０とを有している。また、ヘッドチップ４は、インクの吐出面側から、ノズルプレート１０、中間プレート２０、圧力室形成プレート３０、駆動プレート４０、配線基板５０の順に積層されている。

ノズルプレート１０には、複数のノズル孔１１が形成されている。ノズル孔１１は、ノズルプレート１０の一面から他面にかけて貫通している。このノズル孔１１は、吐出口となる先端側が小径となるように絞り込まれた断面形状を有し、共通インク室２から供給されたインクを吐出口から外部に吐出する。また、ノズル孔１１は、ノズルプレート１０に複数（例えば、５００～２０００個）設けられ、マトリックス状に配置されている。このノズル孔１１は、ノズルプレート１０に積層される中間プレート２０を介して圧力室形成プレート３０に形成された圧力室３１と連通する。

中間プレート２０は、ノズルプレート１０と、圧力室形成プレート３０との間に配置される。中間プレート２０には、ノズル孔１１と後述する圧力室形成プレート３０に設けた圧力室３１とを連通する第１連通孔２１が設けられている。この第１連通孔２１は、ノズルプレート１０のノズル孔１１と対応する位置に設けられ、中間プレート２０の一面から他面にかけて貫通している。

圧力室形成プレート３０は、複数の圧力室３１と、振動板３２とを有している。圧力室３１は、圧力室形成プレート３０の一面から他面にかけて貫通している。この圧力室３１によって、ノズル孔１１から吐出されるインクに吐出圧力が付与される。また、圧力室３１は、ノズルプレート１０のノズル孔１１及び中間プレート２０の第１連通孔２１と対応する位置に設けられている。

振動板３２は、圧力室３１における中間プレート２０とは反対側の開口を覆うように配置されている。この振動板３２には、圧力室３１と連通する第２連通孔３３が設けられている。振動板３２における圧力室３１側の一面と反対側の一面には、駆動プレート４０が配置されている。

駆動プレート４０は、空間部４１と、第２連通孔３３と連通する第３連通孔４２とを有している。空間部４１は、振動板３２を間に挟んで圧力室３１と対向する位置に配置されている。空間部４１には、アクチュエータ６０が収容されている。

アクチュエータ６０は、圧電素子６１と、第１電極６２と、第２電極６３とを有している。第１電極６２は、振動板３２の一面に積層されている。そして、第１電極６２には、圧電素子６１が積層されて、振動板３２及び第１電極６２を間に挟んで圧力室３１と対向する位置に配置される。そして、圧電素子６１は、圧力室３１毎（チャネル毎）に設けられる。

圧電素子６１は、電圧が印加されることによって変形する材料で構成されており、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの強誘電体材料で構成されている。また、圧電素子６１における第１電極６２とは反対側の面には、第２電極６３が積層されている。第２電極６３は、バンプ６４を介して後述する配線基板５０に設けられた配線層５１と接続される。

配線基板５０は、配線層５１と、配線層５１が一面に形成されたシリコン層５２とを有している。配線層５１は、第２電極６３に設けたバンプ６４と、半田５１ａを介して接続される。また、配線層５１の外縁部は、フレキシブル配線基板５に接続される。さらに、配線層５１における駆動プレート４０と反対側の一面には、シリコン層５２が配置される。シリコン層５２は、保持部３に接合される。

また、配線基板５０には、配線層５１及びシリコン層５２を貫通する第４連通孔５３が設けられている。この第４連通孔５３は、駆動プレート４０の第３連通孔４２と、保持部３の開口部３ａを介して共通インク室２と連通する。

本実施の形態では、互いに連通された配線基板５０の第４連通孔５３、駆動プレート４０の第３連通孔４２、および振動板３２の第２連通孔３３により、共通インク室２内のインクを圧力室３１に供給する流路となるインレットが構成される。インレットは、共通インク室２から圧力室３１に流入されるインクの流路抵抗（流量）を絞る役割を担う。また、互いに連通された中間プレート２０の第１連通孔２１およびノズルプレート１０のノズル孔１１により、圧力室３１内のインクを記録媒体１５０に向けて吐出するためのアウトレットが構成される。

かかる構成を備えたインクジェットヘッド１では、共通インク室２に収容されたインクは、インレット（すなわち第４連通孔５３、第３連通孔４２及び第２連通孔３３）を通過して、圧力室３１に流れ込む。そして、第１電極６２と第２電極６３に電圧が印加されることで、圧電素子６１が変形すると共に圧電素子６１の変形に伴い、振動板３２が変形する。この振動板３２が変形することで、圧力室３１内にインクを吐出するための圧力が発生する。かかる圧力の発生により、圧力室３１内のインクは、アウトレット（すなわち第１連通孔２１およびノズル孔１１）に押し出され、ノズル孔１１の先端（ノズル開口）から記録媒体１５０に向けて吐出される。

ところで、インクジェットヘッド１では、上述したノズルプレート１０、中間プレート２０、圧力室形成プレート３０、駆動プレート４０、配線基板５０等の各部材を積層し、アウトレットおよびインレットを構成する各連通孔の位置合わせをして固定する。かかる固定の際には接着剤等を用いて各部材１０～５０の面同士を接合することにより、アウトレットおよびインレットすなわちインクの流路を形成する。このため、これら部材１０～５０のアウトレットおよびインレットには、各部材１０～５０間で流路が連結する箇所が生じる。

このような流路連結箇所では、部材毎の流路の加工誤差や接合アライメント誤差を吸収するため、接合される２つの部材間で完全に同一の流路断面を形成し接合することは、事実上不可能と言える。したがって、プロセス設計上、接合される２つの部材の流路連結箇所では、若干の段差を持たせるように、一方の部材の流路断面のサイズを他方よりも大きく確保することが多い。

また、上述のように、インレットおよびアウトレットが各々複数の部材を積層して形成される構造の場合、当該複数の部材（３２、４０、５０、または２０、１０）のいずれかに流路設計上の公差を持たせることがあり、段差は生じやすい。他方、インクの流路に段差があると、かかる段差部分に気泡が滞留（トラップ）しやすくなり、この結果、射出欠の原因となるという大きな課題がある。

図４に、インレットに段差を持たせた場合の一例を示す。図４に示す例は、振動板３２と駆動プレート４０との間に段差を持たせた構成であり、流路における上流側に該当する第３連通孔４２の孔径を、下流側にある振動板３２の孔径よりも大きくした場合を誇張して示している。すなわち、振動板３２の第２連通孔３３は、圧力室３１の上流に連通する流路中に設けられた絞り部の壁面に相当する。図４中、インクの主な流れ方向を太線の矢印Ｆで示している。

図４に示す流路の構成例では、第３連通孔４２および第２連通孔３３の側壁（壁面）は、主な流れ方向Ｆに沿った接液面となる。他方、振動板３２の上面の一部は、主な流れ方向Ｆと交わる方向（図４の例では略直交する方向）に伸びるように張り出した接液面（符号３２ａ参照）となり、言い換えると、駆動プレート４０と振動板３２との間で段差を形成する段差面となる。

このような段差を形成する接液面（段差面）を有する流路に関し、第３連通孔４２側から第２連通孔３３側にインク（液体）が流れる場合、以下のような挙動となる。主な流れ方向Ｆに流れるより内側のインクの流速は、概ね一定となる。これに対し、より外側すなわち側壁側を流れるインクの一部の流速は、図４中に曲線の矢印Ｆ１で示すように、上記の段差面を迂回する方向に流れることから、主な流れ方向Ｆに流れる内側のインクの流速よりも速くなる。

他方、矢印Ｆ１で示す領域よりも更に外側（側壁側）に流れるインクの他の一部は、上述した段差面に衝突することによって、その流速が、主な流れ方向Ｆに流れる内側のインクの流速よりも遅くなる（図４中に三角形で示す領域参照）。さらには、インク中に含まれる気泡Ｂが上記の段差面に衝突した場合、かかる気泡Ｂが段差面に滞留（トラップ）しやすくなる。

このように、インクの流路中に段差面が生じ、かかる段差面がインクの流れ方向に対して垂直（直交方向）または直角に近い角度で形成される場合、インクの充填時、インク押し出しメンテナンス時、および印刷の際のインク射出時に、気泡Ｂが段差の部分で滞留しやすく、射出欠の原因となるという問題があった。

そこで、本実施の形態では、流路における上流側の第１孔と下流側の第２孔との連結部分において段差を形成して流れ方向と交わる方向（当該流路の中央側、内側方向）に延びる接液面３２ａの濡れ性を、第１孔および第２孔の少なくとも一方の内面の濡れ性よりも高くなるように構成する。より具体的には、接液面３２ａの濡れ性は、上流側の第１孔および下流側の第２孔のうち、接液面３２ａの外側に位置する壁面の濡れ性よりも高い構成とする。

図４に示す例では、駆動プレート４０の第３連通孔４２が第１孔に対応し、振動板３２の第２連通孔３３が第２孔に対応する。また、段差を形成する接液面３２ａは、孔径の小さい振動板３２側にリング状の形状を呈している。この場合、接液面３２ａの濡れ性は、少なくとも、孔径がより大きい駆動プレート４０の第３連通孔４２の側壁（接液面３２ａに連接する壁面）の濡れ性よりも高い構成とする。ここで、濡れ性が向上されている接液面３２ａは、図４に示すように、絞り部としての第２連通孔３３の壁面に隣接している。

このような構成とすることにより、従来はインクの流路の隅側（段差部分）に滞留していた気泡Ｂを含むインクが、相対的に高い濡れ性を有する接液面３２ａに接することによって該接液面３２ａ上の移動を促され、図４中に右矢印で示すように、インクとともに下流側に流れやすくなる。このため、気泡Ｂの滞留に起因した射出欠の発生が有効に防止ないし抑制される。

本実施の形態では、図４に参照されるように、接液面３２ａを、振動板３２とは異なる材質の部材（より濡れ性の高い材質の部材）で層状に構成している。一具体例では、駆動プレート４０および振動板３２の材質は単結晶シリコンであり、他方、接液面３２ａの材質は、シリコンを含む酸化物である。このような材質とすることにより、段差を形成する接液面３２ａのインクに対する濡れ性が向上し（すなわち相対的に高くなり）、インク中の気泡Ｂの移動を促しやすくなる。ここで、シリコンを含む酸化物としては、特に、ＳｉＯ_２が好ましい。

なお、段差を形成する接液面３２ａのみならず、流路においてインクが接触する各孔の側壁は、気泡Ｂを移動しやすくするために、インクに対する濡れ性を高く保つことが本来は望ましい。さらには、流路（各孔）を形成する部材のインク耐性を確保するために、流路（孔）の表面に保護膜の形成が必要とされることが多い。しかしながら、濡れ性および耐インク性を両立する材料を選択することは困難である。

例えば、特開２０１０－１４３０９６号公報では、インク耐性を高める流路表面の構成として、酸化膜上にタンタル酸化膜のような流路保護膜を積層する案が提案されている。しかしながら、タンタル酸化膜は、十分なインク耐性を有する一方、インクに対する濡れ性は上記のＳｉＯ_２よりも劣るため、インク中の気泡Ｂが移動しにくい問題がある。

他の案として、濡れ性の高いＳｉＯ_２のような膜でインクの流路の全ての面を被膜することも考えられる。しかしながら、濡れ性の高い材料は、一般に、インクに対する十分な耐性を備えていないことから、流路の壁面と段差部を含め、各部材の全面に膜厚を厚くして形成する必要がある。この場合、プロセス適合性や生産性の観点から不利であり、さらには、基板の反りが生じやすくなり、歩留り低下の面でも不利である。

上記に鑑みて、本実施の形態では、段差を形成する接液面３２ａの表面を濡れ性の高いＳｉＯ_２などのシリコン酸化物の層を形成するとともに、かかるシリコン酸化物の層と振動板３２の上面との間に、シリコン酸化物よりもインク耐性の高い材料の層（図示せず）を介在させることが好ましい。また、接液面３２ａの領域よりもインクの流速が早くなる第３連通孔４２の面（駆動プレート４０の孔の壁面）および第２連通孔３３の面（振動板３２の孔の壁面）にも、シリコン酸化物よりもインク耐性の高い材料を形成することが好ましい。

かかる構成とすることにより、流路全体のインク耐性を高めつつ、接液面３２ａの領域における気泡Ｂの移動を促すことができる。さらには、万一、接液面３２ａにおける上部層のシリコン酸化物がインクによって腐食等が生じた場合でも、下部の層によって振動板３２を保護することができる。なお、一般に腐食が進む箇所は流速が早い領域であり、接液面３２ａの領域は流速が遅くなる箇所であることから、接液面３２ａにおけるシリコン酸化物の腐食（減り）が進む度合いは緩やかである。したがって、気泡Ｂの移動促進を長期に亘って確保することができる。

さらに、第１孔および第２孔における矢印Ｆで示すインクの流れ方向に沿った壁面、すなわち上流側の接液面である第３連通孔４２の表面、下流側の接液面である第２連通孔３３の表面は、窒素（Ｎ）を含むシリコン化合物、もしくはＴａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｃｒ，Ｃを含む酸化物により形成（コーティング等）されてもよい。これらの物質は、上述したＳｉＯ_２と比べると濡れ性は低いが、インクへの耐腐食性（インク耐性）、プロセス適応性が高いことから、耐久性や生産性等の面から有利である。

次に、アウトレットに段差を持たせた場合の流路の構成例を説明する。図５は、アウトレットに段差を持たせた場合の一例を示すインクの流路の断面図である。図５に示す例は、ノズルプレート１０と中間プレート２０との間に段差を持たせた構成であり、流路における上流側にある中間プレート２０の孔（第１連通孔２１）の径を、ノズルプレート１０におけるノズル孔１１の孔径（最大径）よりも大きくした場合を誇張して示している。すなわち、ノズルプレート１０におけるノズル孔１１は、圧力室３１の下流に連通する流路中に設けられた絞り部の壁面に相当する。図５中、ノズルプレート１０の上流側の開口部に形成されるインクの界面（メニスカス）を符号Ｍで示している。また、説明の簡明化のため、図５では、中間プレート２０の第１連通孔２１の断面形状（図３参照）を単純化して表している。

図５に示すアウトレットの構造では、第１連通孔２１およびノズル孔１１の側壁（壁面）は、インクの主な流れ方向（図５中の下方向）に沿った接液面となる。他方、ノズルプレート１０の上面の一部は、主な流れ方向と交わる方向（略直交する方向）に伸びるように張り出した接液面（符号１０ａ参照）となり、言い換えると、中間プレート２０とノズルプレート１０との間で段差を形成する段差面となる。このような段差を形成する接液面（段差面）を有する流路におけるインク（流体）の挙動や問題点等は、図４の例で上述した場合と同様である。

したがって、図５に示す例では、接液面１０ａの濡れ性は、少なくとも、孔径がより大きい中間プレート２０の第１連通孔２１の側壁（壁面）の濡れ性よりも高い構成とする。ここで、濡れ性が向上されている接液面１０ａは、図５に示すように、絞り部としてのノズル孔１１の壁面に隣接している。

このような構成とすることにより、従来はインクの流路の隅側（段差部分）に滞留していた気泡Ｂを含むインクが、相対的に高い濡れ性を有する接液面１０ａに接することによって該接液面１０ａ上の移動を促され、インクとともに下流側に流れやすくなる。このため、気泡Ｂの滞留に起因した射出欠の発生が有効に防止ないし抑制される。

加えて、アウトレットでは、印刷時に、ノズル孔１１の先端（吐出口）から吐出されるインクのメニスカス形状を維持すること、言い換えるとノズル孔１１に形成されたインクのメニスカスが壊れる現象（メニスカスブレーク）を防止することが重要な課題になる。

図５に示す例では、ノズルプレート１０のノズル孔１１の体積よりも大きな液量のインク滴を射出する場合に、インクのメニスカスＭが段差部まで引きこまれるケースを想定している。このようなケースでは、メニスカスＭと接液面１０ａの界面付近で発生する微少な気泡Ｂが成長して、メニスカスブレイクを生じることがあるが、本実施の形態では、接液面１０ａの濡れ性が高いため、かかる気泡Ｂは液体供給方向（図５の例では上側）へ移動しやすくなる。このため、気泡Ｂがインク滴に圧力を加えることに起因したメニスカスブレイクを抑制することができる。

図４の例と同様に、図５に示す例でも、接液面１０ａを、ノズルプレート１０とは異なる材質の部材（より濡れ性の高い材質の部材）で層状に構成している。一具体例では、中間プレート２０およびノズルプレート１０の材質は単結晶シリコンであり、他方、接液面１０ａの材質は、シリコンを含む酸化物である。このような材質とすることにより、段差を形成する接液面１０ａのインクに対する濡れ性が相対的に高くなり、インク中の気泡Ｂの移動を促しやすくなる。上述と同様に、シリコンを含む酸化物としては、特にＳｉＯ_２が好ましい。

また、濡れ性およびインク耐性の両方を確保するために、段差を形成する接液面１０ａの表面を濡れ性の高いＳｉＯ_２などのシリコン酸化物の層を形成するとともに、かかるシリコン酸化物の層とノズルプレート１０の上面との間に、シリコン酸化物よりもインク耐性の高い材料の層（図示せず）を介在させることが好ましい。また、接液面１０ａの領域よりもインクの流速が早くなる第１連通孔２１の面（中間プレート２０の孔の壁面）およびノズル孔１１の壁面にも、シリコン酸化物よりもインク耐性の高い材料を形成することが好ましい。

かかる構成とすることにより、流路全体のインク耐性を高めつつ、接液面１０ａの領域における気泡Ｂの移動を促すことができる。また、図４で説明したように、気泡Ｂの移動促進を長期に亘って確保することができる。

次に、インレットに段差を持たせた場合の流路の他の構成例を説明する。図６は、インレットに段差を持たせた場合の他の一例を示す。図４と比較して分かるように、図６に示す例では、上流側の駆動プレート４０の孔（第３連通孔４２）の開口径よりも、下流側の振動板３２の孔（第２連通孔３３）の開口径が大きくなっている。すなわち、駆動プレート４０の第３連通孔４２は、圧力室３１の上流に連通する流路中に設けられた絞り部の壁面に相当する。

このような構造では、インク中に含まれる気泡Ｂは、流速の減少（図６中に三角形で示す領域参照）および浮力の作用（図６中の上向き矢印参照）により、段差面となる接液面４０ａの領域に滞留しやすくなる。

このような構造の場合でも、段差を形成する接液面４０ａを、少なくとも、孔径がより大きい振動板３２とは異なる材質の部材（より濡れ性の高い材質の部材）で構成することにより、上述と同様の効果が得られる。ここで、濡れ性が向上されている接液面４０ａは、図６に示すように、絞り部としての第３連通孔４２の壁面に隣接している。

このような構成とすることにより、従来は流路の隅側（段差部分）に滞留していた気泡Ｂを含むインクは、相対的に高い濡れ性を有する接液面４０ａに接することによって該接液面４０ａに沿って移動を促され、図６中に下向きの矢印で示すように、インクの主要な流れ（矢印Ｆ参照）に合流して、下流側に流れやすくなる。このため、気泡Ｂの滞留に起因した射出欠の発生が有効に防止ないし抑制される。

また、濡れ性およびインク耐性の両方を確保するために、段差を形成する接液面４０ａの表面を濡れ性の高いＳｉＯ_２などのシリコン酸化物の層を形成するとともに、かかるシリコン酸化物の層と駆動プレート４０の下面との間に、シリコン酸化物よりもインク耐性の高い材料の層（図示せず）を介在させることが好ましい。また、接液面４０ａの領域よりもインクの流速が早くなる第３連通孔４２の面（駆動プレート４０の孔の壁面）および第２連通孔３３の面にも、シリコン酸化物よりもインク耐性の高い材料を形成することが好ましい。

かかる構成とすることにより、流路全体のインク耐性を高めつつ、接液面４０ａの領域における気泡Ｂの移動を促すことができる。また、図４で説明したように、気泡Ｂの移動促進を長期に亘って確保することができる。

上述した構成例では、インクの流路を形成する上流側および下流側の部材のうちの一方の部材の面にシリコン酸化物の層を設ける構成とした。他の例として、上流側および下流側の両方の部材の面にシリコン酸化物の層を設ける構成としてもよい。このような構成とすることで、上流側の孔と下流側の孔の連結部分の形状（開口径）を同一とし、アライメント時の誤差により段差面が上流側の部材と下流側の部材との両方に出来てしまった場合でも、上述と同様の効果を得ることができる。

図４および図６では、インレットの構造として、駆動プレート４０および振動板３２間における開口孔の連結部分にシリコン酸化物の層を設ける構成を例示した。インレットの他の構成例として、配線基板５０および駆動プレート４０間における開口孔の連結部分にシリコン酸化物の層を設ける構成としてもよい。

このように、本実施の形態によれば、インクの流路で段差が発生する領域における各々の接液面の濡れ性に高低を持たせる構成とすることで、従来は段差面の領域に滞留していた気泡Ｂがインクとともに移動しやすくなる利点が得られる。したがって、本実施の形態によれば、気泡が滞留しやすい構造であっても、気泡の滞留に起因した射出欠を抑制することが可能なインクジェットヘッドおよびインクジェット画像形成装置を提供することができる。

また、本実施の形態によれば、インクの流路において、全体的にインク耐性の高い物質でコーティング等を施す一方、気泡Ｂが滞留しやすい領域（段差面）を濡れ性の高い物質で形成することにより、射出欠の抑制とともに耐久性の確保も実現することができる。

その他、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものにすぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１ インクジェットヘッド
２ 共通インク室
２ａ インク供給口
２ｂ インク排出口
３ 保持部
３ａ 開口部
４ ヘッドチップ
５ フレキシブル配線基板
１０ ノズルプレート
１０ａ 段差を形成する接液面
１１ ノズル孔（吐出口、絞り部）
２０ 中間プレート
２１ 第１連通孔
３０ 圧力室形成プレート
３１ 圧力室
３２ 振動板
３２ａ 段差を形成する接液面
３３ 第２連通孔
４０ 駆動プレート
４０ａ 段差を形成する接液面
４２ 第３連通孔
５０ 配線基板
５３ 第４連通孔
６０ アクチュエータ
１００ インクジェット画像形成装置
Ｂ 気泡

Claims (9)

1. インク室からノズル開口まで連通するインクの流路が設けられたインクジェットヘッドであって、
   前記流路の一部となる第１孔を規定する壁面を有し、前記インクの流れ方向における上流側に位置する第１の部材と、
   前記流路の一部となる第２孔を規定する壁面を有し、前記インクの流れ方向における前記第２孔の上流側端部が前記第１孔の下流側端部に連結するように、前記第１の部材に固定される第２の部材と、を備え、
   前記第１孔と前記第２孔との連結部分において段差を形成して前記流れ方向と交わる方向に延びるように前記第１の部材または前記第２の部材のうちいずれかの部材に積層されたシリコン酸化物の層の表面である接液面の濡れ性が、前記第１孔の壁面および前記第２孔の壁面のうち、前記接液面の外側に位置する壁面の濡れ性よりも高く、
   前記シリコン酸化物の層と前記いずれかの部材との間には、前記シリコン酸化物よりも前記インクへの耐性の高い材料の層が介在されている、
   インクジェットヘッド。
2. 前記インクを加圧する圧力室を備え、
   前記接液面は、前記圧力室の上流または下流に連通する前記流路中に設けられた絞り部の壁面に隣接している、
   請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記連結部分において、前記第１孔および前記第２孔の一方の孔が他方の孔よりも大きい径を有し、
   前記段差を形成する前記接液面は、小さい内径を有する方の孔の端部でリング状を呈し、
   前記接液面の濡れ性は、前記第１孔および前記第２孔のうち大きい径を有する孔の壁面の濡れ性よりも高い、
   請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記連結部分において、前記第１孔の径は、前記第２孔の径よりも大きい、
   請求項３に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記第２孔の先端は、前記ノズル開口である、
   請求項４に記載のインクジェットヘッド。
6. 前記連結部分において、前記第２孔の径は、前記第１孔の径よりも大きい、
   請求項３に記載のインクジェットヘッド。
7. インク室からノズル開口まで連通するインクの流路が設けられたインクジェットヘッドであって、
   前記流路の一部となる第１孔を規定する壁面を有し、前記インクの流れ方向における上流側に位置する第１の部材と、
   前記流路の一部となる第２孔を規定する壁面を有し、前記インクの流れ方向における前記第２孔の上流側端部が前記第１孔の下流側端部に連結するように、前記第１の部材に固定される第２の部材と、を備え、
   前記第１孔と前記第２孔との連結部分において段差を形成して前記流れ方向と交わる方向に延びる接液面の濡れ性が、前記第１孔の壁面および前記第２孔の壁面のうち、前記接液面の外側に位置する壁面の濡れ性よりも高く、
   前記連結部分において、前記第２孔が前記第１孔よりも大きい径を有し、
   前記段差を形成する前記接液面は、前記第１孔の端部でリング状を呈し、
   前記接液面の濡れ性は、前記第２孔の壁面の濡れ性よりも高い、
   インクジェットヘッド。
8. 前記第１孔または前記第２孔における前記インクの流れ方向に沿った壁面は、窒素を含むＳｉ化合物、またはＴａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｃｒ，Ｃを含む酸化物により形成されている、
   請求項１から７のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
9. 請求項１から８のいずれかに記載のインクジェットヘッドを備えた、
   インクジェット画像形成装置。

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