WO2005035254A1

WO2005035254A1 - 液体吐出装置

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Publication number: WO2005035254A1
Application number: PCT/JP2004/015207
Authority: WO
Inventors: Takeo Eguchi; Kazuyasu Takenaka; Shin Todo; Atsushi Nakamura; Iwao Ushinohama
Original assignee: Sony Corporation
Priority date: 2003-10-07
Filing date: 2004-10-07
Publication date: 2005-04-21
Also published as: US7837304B2; CN100421943C; JP2005111810A; KR101087315B1; JP4126553B2; CN1863677A; KR20060126947A; EP1676704A4; US20070211106A1; EP1676704A1

Description

明細書液体吐出装置技術分野

本発明は、液室内の液体をノズルから吐出させる液体吐出装置において、液体の流路構造に関するものであり、詳しくは、流路抵抗の異なる複数の共通流路を設けることによって、液滴の吐出時の圧力変動の影響を少なくする技術に係るものである。背景技術

従来の液体吐出装置の 1つであるィンクジエツトプリンタにおいて、ィンクの流路構造としては、例えば特開 2 0 0 3— 1 3 6 7 3 7号公報の第 4図に開示されているものが知られている。

具体的には、上記特開 2 0 0 3 — 1 3 6 7 3 7号公報には、インク加圧室に連通するように、流路板によってィンク流路が形成されたものが開示されている。

上記構成では、インク加圧室の入口部分が、各インク加圧室ごとの個別流路を形成している。また、インク流路は、全てのインク加圧室の各個別流路にィンクを供給する共通流路を形成している。

第 1 7図は、個別流路及び共通流路と、インク液室（上記特開 2 0 0 3 - 1 3 6 7 3 7号公報のィンク加圧室と同義）とを模式的に示す図であり、インクの吐出時の動作（図中矢印でインクの動きを示す）を時系列で説明する図である。第 1 7図において、インク液室 a、個別流路、及び共通流路 cは、連通されており、インクが共通流路 C—個別流路 b —インク液室 aへと流通（供給）可能に形成されている。また、インク液室 a内には、インク液室内のインクを吐出するための発熱素子 dが設けられている。なお、インク液室 aの底面に発熱素子 d を設けた場合には、通常は、インク液室 aの上面にノズル eが位置するが、第 1 7図では、図示上の便宜のため、インク液室 aの右側にノズル eを図示している。

先ず、図中、「（ 1 ) 静止」状態では、インク液室 a内にはインクが満たされている。

インクの吐出時、すなわち図中、「（2 ) 膨張」状態には、発熱素子 dが急速に加熱され、インク液室' a内に気泡を発生させる。この気泡の発生によりインク液室 a内のインクには飛翔力が付与され、その飛翔力によって、ィンク液室 a内のインクの一部がィンク液滴としてノズル e から吐出される。

上記の「（2 ) 膨張」状態の直後には、発熱素子 dの加熱が終了するまた、インク液滴が吐出されるとともにインク液室 a内の気泡が消滅するので、次の「（3 ) 収縮」状態に移行し、インク液室 a内は減圧される。さらに次の「（4 ) 補充」状態では、吐出されたインク液滴に相当する分のインクが、共通流路 c及び個別流路 bを介してィンク液室 a内に補充される。

以上のように、インクの吐出時には、静止状態から、膨張、収縮、及び補充の動作を繰り返すこととなる。

ここで、例えばガソリンエンジンでは、エンジンの回転に同期した吸気及び排気バルブ（弁）を用い、両バルブを完全に閉じた状態で内部で爆発を起こさせるが、第 1 7図に示したインクジェットプリン夕のへッドでは、ガソリンエンジンのバルブに相当するものを持ち合わせていないこのため、発熱素子 dに加えたエネルギーに対して効率良くインク液滴を吐出させるには、膨張時に、できる限りインクをノズル e方向（第 1 7図中、右方向）に膨張させる必要がある。いいかえれば、膨張時には、ノズル e側と逆方向の個別流路 b側（第 1 7図中、左方向）に逃げるインクの量をできるだけ少なくすることが、吐出時の効率を高めることとなる。

しかし、前述の従来の技術では、発熱素子 dの加熱による膨張時には、インク液室 a内部から、個別流路、さらには共通流路 c側に、加圧による衝撃波が伝搬されてしまうという問題がある。また、収縮時には、個別流路 bを通じて、減圧による衝撃波が生じてしまうという問題がある。

第 1 8図は、第 1 7図で示した静止、膨張、収縮、及び補充の各動作における、衝撃波の相互干渉状態を示す図である。

第 1 8図に示すように、膨張時には、インク液室 aから、ノズル eの吐出方向の他、個別流路 b側に加圧衝撃波が生じる。また、収縮時には、個別流路 b側からインクをィンク液室 aに引き込むための減圧衝撃波が生じる。これらの加圧衝撃波や減圧衝撃波が、共通流路 cにまで影響を与えてしまうと推測される。そして、このような衝撃波は、吐出動作を行ったィンク液室 aに隣接するィンク液室 aに影響を与えてしまう。例えば、加圧衝撃波が隣接するインク液室 aに届くと、そのインク液室 a 内の圧力が増加してしまう。また、減圧衝撃波が隣接するインク液室 a に届いたときは、そのィンク液室 a内の圧力が減少してしまう。

第 1 9図は、インク液室 a内の圧力と、吐出されるインク液滴との関係を説明する図である。第 1 9図では、上段から順に、静止時、気泡発生時、気泡消滅時、インク液滴吐出時を示している。また、図中、左側の列（A— 1 ) は、インク液室 a内の圧力が適正値より小さい場合（圧力く適正値）を示し、中央の列（A— 2 ) は、インク液室 a内の圧力が適正値の場合（圧力 =適正値）を示し、右側の列（A— 3 ) は、インク液室 a内の圧力が適正値より大きい場合（圧力 >適正値）を示している。第 1 9図に示すように、インク液室 a内の圧力が適正値の場合には、インク液滴の吐出前（静止時）のメニスカスは、ノズル eの吐出面より内側にへこんでおり、ノズル端に作用する表面張力と外気圧に対してィンク液室 a内の圧力が釣り合って、適正位置を保持している。

インク液室 a内の圧力が変化すると、それに応じて、インク液室 a内のインク量が変化するので、吐出されるインク液滴の量が変化する。すなわち、インク液室 a内の圧力が低くなると、図中、左側の列（A—

1 ) に示すように、吐出されるインク液滴の量が減少する。これに対し、インク液室 a内の圧力が高くなると、図中、右側の列（A— 3 ) に示すように、吐出されるインク液滴の量が増加する。

このような、吐出されるインク液滴の量が変化したときには、インク液滴が着弾された結果を見ると、インクの濃度変化（濃度ムラ）となつて現れる。

第 2 0図は、 6 0 0 D P I用に作られたィンクジエツトプリンタ用のラインヘッドで、インク液滴の吐出を行い、吐出されたインクの濃度変化を、インク液滴の変化（体積 Z重量）として計測した結果をグラフに示す図である。図中、横軸は、ノズル位置を示しており、縦軸は、濃度 (図中、上方向に向かって色が濃くなる方向）を示している。この例では、 3 2個のノズルごとに画素当たり 1つのドットを記録した箇所と、インク液滴を吐出させていない箇所（ブランク；白地の部分）とを交互に配置したものである。

また、第 2 1図の上側は、第 2 0図中、 1点鎖線で囲まれた部分の実際の濃度変化がどのように見えるかを、色の濃淡によって置き換えたものであって、明度だけの情報にしたものである。また、第 2 1図の下側は、圧力変動による変化が生じない理想状態を参照値として示し、上半分の濃度平均値（ 1 6 0 ) を示したものである。

第 2 0図のデータ、及び第 2 1図の上側の図は、ともに、実際に生じている瞬時的な変動を表しているのではなく、各ノズル eに、ある長さの記録（実際には、各画素あたり 1回の吐出を行い、 1 9 6画素、約 2 5 mm、 1 9 6回の吐出にわたる長さの）データを平均して作ったものである。

この図から、長い期間の平均化を行っているにもかかわらず、ノズル eごとに、特性が濃度 1 6 0付近にとどまらず乱高下している、すなわち定常波が存在していることが理解できる。また、平均値ですら、このような目に見える変動として残留していることは、瞬時値は、これらの変化よりもさらに大きなものが起きていると考えられる。

以上のように、ィンク液滴の吐出時及び気泡の収縮時に発生する衝撃波の影響により、濃度ムラとなって現れてしまうことを抑制する方法として、例えば第 1に、個別流路 bを細くする（流路断面積を小さくする）方法が考えられる。また、第 2に、個別流路 bを細くはしないが、長くする方法が考えられる。

これらの方法により、各インク液室 a間の吐出による干渉を減らすことができ、吐出されるインク液滴量のばらつきを少なくすることができる。

しかし、上記方法では、個別流路 bの流路抵抗が増大するため、インク液滴の吐出後の、インク液室 aへのインクの補充（リフィル）時間もまた、長くなつてしまうという問題がある。また、個別流路 bを細くすることにより、それだけ、ゴミゃホコリ等が詰まりやすくなり、インクの吐出が不能になってしまうおそれがあるという問題がある。さらに、上記第 2の方法（個別流路 bを長くする方法）では、ヘッドが大型化してしまうという問題がある。

したがって、本発明が解決しょうとする課題は、リフィル時間を長くすることなく、ゴミゃホコリ等により吐出不良となるリスクを増やすことなく、かつヘッドを大型化することなく、衝撃波の影響を少なくして、吐出されたインク液滴の濃度差を小さくすることである。発明の開示

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。

本発明は、吐出すべき液体を収容する液室と、前記液室内に配置され、前記液室内の液体に飛翔力を付与する飛翔力供給手段と、前記飛翔力供給手段の飛翔力により、前記液室内の液体を吐出させるためのノズルを形成したノズル形成部材とを含む液体吐出部を、 .基板上に複数並設した液体吐出へッドを備える液体吐出装置であって、各前記液体吐出部ごとに設けられ、前記液室と連通して、前記液室内に液体を供給するための個別流路と、複数の前記個別流路に対して 1つ設けられ、前記複数の前記個別流路の全てと連通し、前記複数の前記個別流路に液体を送るための共通流路とを備え、前記共通流路は、液体の供給元側に設けられた第 1共通流路と、前記個別流路に隣接して設けられ、前記第 1共通流路ょり液体の流路抵抗が大きい第 2共通流路とを備えることを特徴とする。本発明においては、液体の供給元からインクが送られるときは、第 1 共通流路から、流路抵抗の大きい第 2共通流路を介して、個別流路に送られる。また、液体の吐出時等に液室に発生する衝撃波のうち、個別流路を通る衝撃波は、第 2共通流路を通る必要がある。

さらにまた、衝撃波が他の液体吐出部に向かう場合には、第 2共通流路を通って個別流路に入る必要がある。このように、第 1共通流路と個別流路との間には、流路抵抗の大きい第 2共通流路が介在するので、急激な液体の移動は、大きな抵抗を伴うので、できなくなる。また、 1つの液体吐出部の液室に発生した衝撃波は、第 2共通流路によって減衰されてから、他の液体吐出部の液室に到達する。

本発明によれば、液体の液室への補給を安定して行うことができるとともに、液体吐出部相互の液滴の吐出による干渉を減少させることができる。これにより、吐出される液適量を一定にすることで、着弾された液滴の濃度変動を少なくすることができる。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明による液体吐出装置を適用したインクジエツトプリン夕のへッドを示す分解斜視図である。

第 2図は、インク液室、個別流路、及び共通流路の連通状態を模式的に示す平面図及び側面図である。

第 3図は、デュアル ·インライン方式のヘッド（図中、（A ) ) と、ラインヘッド（図中、（B ) ) とを示す平面図である。

第 4図は、水平共通流路の 2つの形態を例示した平面図である。

第 5図は、垂直共通流路を示す断面図であり、左側は、 1列のノズル列に対してインクを供給する場合の例を示し、右側は、 2列のノズル列に対してィンクを供給する場合の例を示す。

第 6図は、第 5図中、左側の図を斜め下方向から見た斜視図である。第 7図は、試作品の各寸法を説明する断面図である。

第 8図は、各試作品の番号と、その各寸法を表にして示す図である。第 9図は、試作番号「S S 2 0 7」、「S S 9 4 1」、及び「S S 1 0 6 2」における、水平共通流路に設けた柱を示す平面図である。第 1 0図は、いわゆるトランスバーサルフィルタを示す図である。第 1 1図は、式 1において Aの値を適当に変えた場合の F (ω) の特性をグラフとして示す図である。

第 1 2図は、係数 Αを適切に選択し、本実施例の実験に用いた画像読みとり機での好ましい設定値を求めたものである。

第 1 3図は、試作番号「S S 2 0 7」と「S S 94 1」との特性比較をグラフとして示す図である。

第 1 4図は、試作番号「S S 2 0 7」と「S S 94 1」との濃度変化を明度だけの情報にして示す図である。

第 1 5図は、試作番号「S S 1 0 6 2J と「S S 1 0 8 3」とで、水平共通流路の相違による差をグラフとして示す図である。

第 1 6図は、試作番号「S S 1 0 6 2」と「S S 1 0 8 3」との濃度変化を明度だけの情報にして示す図である。

第 1 7図は、個別流路及び共通流路と、インク液室とを模式的に示す図であり、インクの吐出時の動作を時系列で説明する図である。

第 1 9図は、インク液室内の圧力と、吐出されるインク液滴との関係を説明する図である。

第 2 0図は、 6 0 0 D P I用に作られたインクジェットプリンタ用のラインへッドでインク液滴の吐出を行い、吐出されたィンクの濃度変化を、ィンク液滴の変化として計測した結果をグラフに示す図である。第 2 1図は、上側は、第 2 0図中、 1点鎖線で囲まれた部分を、色の濃淡によって置き換えたものであり、下側は、圧力変動による変化が生じない理想状態を、濃度平均値（ 1 6 0) として示したものである。発明を実施するための最良の形態

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。第

1図は、本発明による液体吐出装置を適用したィンクジエツトプリン夕 (以下、単に「プリンタ」という。）のヘッド 1 1を示す分解斜視図である。第 1図において、ノズルシ一ト（本発明におけるノズル形成部材に相当するもの） 1 7は、バリア層 1 6上に貼り合わされるが、このノズルシ一ト 1 7を分解して図示している。

なお、第 1図では、後述する共通流路 3 0の図示を省略しており、個別流路 2 0のみを図示している。

ヘッド 1 1において、基板部材 1 4は、シリコン等から成る半導体基板 1 5と、この半導体基板 1 5の一方の面に析出形成された発熱素子

(本発明における飛翔力供給手段に相当するものであって、特に本実施形態では、抵坊によって形成した発熱抵抗体） 1 3とを備えるものである。発熱素子 1 3は、半導体基板 1 5上に形成された導体部（図示せず）を介して、後述する回路と電気的に接続されている。

また、バリア層 1 6は、例えば、露光硬化型のドライフィルムレジストからなり、半導体基板 1 5の発熱素子 1 3が形成された面の全体に積層された後、フォトリソプロセスによって不要な部分が除去されることにより形成されている。

さらにまた、ノズルシート 1 7は、複数のノズル 1 8が形成されたものであり、例えば、ニッケルによる電铸技術により形成され、ノズル 1 8の位置が発熱素子 1 3の位置と合うように、すなわちノズル 1 8が発熱素子 1 3に対向するようにバリァ層 1 6の上に貼り合わされている。インク液室 1 2は、発熱素子 1 3を囲むように、基板部材 1 4とバリァ層 1 6とノズルシート 1 7とから構成されたものである。すなわち、基板部材 1 4は、図中、インク液室 1 2の底壁を構成し、バリア層 1 6 は、インク液室 1 2の側壁を構成し、ノズルシート 1 7は、インク液室 1 2の天壁を構成する。

上記の 1個のへッド 1 1には、通常、 1 0 0個単位の複数の発熱素子 1 3、及び各発熱素子 1 3を備えたインク液室 1 2を備え、プリン夕の制御部からの指令によってこれら発熱素子 1 3のそれぞれを一意に選択して発熱素子 1 3に対応するィンク液室 1 2内のインクを、ィンク液室 1 2に対向するノズル 1 8から吐出させることができる。

すなわち、へッド 1 1と結合されたインクタンク（図示せず）から、後述する共通流路 3 0、さらに個別流路 2 ' 0を介してインク液室 1 2にインクが満たされる。そして、発熱素子 1 3に短時間、例えば、 1〜 3 s e cの間パルス電流を流すことにより、発熱素子 1 3が急速に加熱され、その結果、発熱素子 1 3と接する部分に気相のインク気泡が発生し、そのインク気泡の膨張によってある体積のィンクが押しのけられる (インクが沸騰する）。これによつて、ノズル 1 8に接する部分の上記押しのけられたィンクとほぼ同等の体積のィンクが液滴としてノズル 1 8から吐出され、印画紙（液体吐出対象体）上に着弹される。

なお、本明細書において、 1つのインク液室 1 2と、この 1つのインク液室 1 2内に配置された発熱素子 1 3と、その上部に配置されたノズル 1 8を含むノズルシート 1 7とから構成される部分を、「液体吐出部」と称する。すなわち、ヘッド 1 1は、複数の液体吐出部を並設したものである。

また、第 1図中、バリア層 1 6は、平面的に見たときに、略櫛歯状をなしている。これにより、インク液室 1 2に連通して、第 1図中、右側前方に延在するインク流路が形成される。この部分は、各液体吐出部ごとに設けられる個別流路 2 0となる。この個別流路 2 0は、後述する共通流路 3 0に連通しており、共通流路 3 0から個別流路 2 0にィンクが送られて、さらに個別流路 2 0からインク液室 1 2にインクが送られる。第 2図は、インク液室 1 2、個別流路 2 0、及び共通流路 3 0の連通状態を模式的に示す平面図及び側面図である。

上述のように、個別流路 2 0は、各インク液室 1 2ごとに設けられたものであるが、共通流路 3 0は、全ての個別流路 2 0と連通する流路として 1つ設けられている。さらに本発明では、共通流路 3 0は、第 1共通流路 3 1と、第 2共通流路 3 2とから構成されている。第 1共通流路 3 1は、インクタンク（図示せず）、すなわちインクの供給元側に設けられ、インクタンクと連通された流路であり、流路面積も従来通りに大きく形成されており、ィンクを均一に供給するためのものである。

また、第 2共通流路 3 2は、第 1共通流路 3 1と個別流路 2 0との間に介在しており、両者に連通している。この第 2共通流路 3 2は、干渉 ·外乱を減衰させるためのものであり、第 1共通流路 3 1と独立して設けられている。なお、第 2共通流路 3 2は、文字通り、共通流路 3 0 の一部であるので、全ての個別流路 2 0と連通している。

さらにまた、本発明では、第 2共通流路 3 2は、個別流路 2 0に隣接しており、第 1共通流路 3 1より流路抵抗（液体が流れるときの液体の流れに抵抗する力）が大きくなるように形成されたものである。これに対し、第 1共通流路 3 1は、第 2共通流路 3 2よりも流路断面積が大幅に大きく設定されている。このように流路断面積に差を設けることで、第 2共通流路 3 2の流路抵抗を第 1共通流路 3 1より大きくしている。

また、第 2図の平面図では、液体吐出部のインク液室 1 2内の膨張 (気泡発生）、及び収縮（気泡消滅）の状態を示している。先ず、気泡発生時（膨張時）には、加圧衝撃波が発生し、ノズル 1 8の吐出面側に向かう加圧衝撃波と、インク液室 1 2から個別流路 2 0側さらには共通流路 3 0側に向かう加圧衝撃波が発生する。

加圧衝撃波は、個別流路 2 0から第 2共通流路 3 2側に向かうが、この第 2共通流路 3 2の流路抵抗が大きいため、加圧衝撃波は、第 2共通流路 3 2を通過することによって、第 1共通流路 3 1側まで到達するときには、かなり減衰される。このため、加圧衝撃波は、第 1共通流路 3 1内に入り込んだときは、最初の大きさより相当小さくなつている。そして、この加圧衝撃波は、隣接する液体吐出部に影響を与えるが、隣接する液体吐出部のインク液室 1 2内に到達するには、再度、第 2共通流路 3 2 (及びその液体吐出部の個別流路 2 0 ) を通過する必要がある。したがって、加圧衝撃波は、再度、第 2共通流路 3 2 (及びその液体吐出部の個別流路 2 0 ) を通過することによって、減衰される。

このように、気泡発生によって発生した加圧衝撃波は、他の液体吐出部のインク液室 1 2に到達するまで、 2回、流路抵抗の大きい第 2共通流路 3 2を通過することとなるので、この通過によって、加圧衝撃波は、他の液体吐出部のインク液室 1 2に到達したときに、そのィンク液室 1 2に、ほとんど影響を与えない程度まで減衰されることとなる。

なお、気泡消滅（収縮）時においても、減圧衝撃波が発生するが、これも、上記の加圧衝撃波と同様に、他の液体吐出部のインク液室 1 2に到達するまでは、 2回、流路抵抗の大きい第 2共通流路 3 2を通過しなければならないので、相当程度、減衰され、他の液体吐出部のインク液室 1 2に到達したときに、そのインク液室 1 2に、ほとんど影響を与えない程度まで減衰されることとなる。すなわち、第 2共通流路 3 2の流路抵抗が大きいことから、この第 2 共通流路 3 2を通っての急激なインクの移動は、大きな抵抗を伴うのでできなくなる（流路抵抗は、幅に反比例し、速度の 2乗に反比例する）。以上のように、第 2共通流路 3 2は、いわゆる緩衝帯として機能するものとなる。

また、液体の吐出以外の他の理由により、第 1共通流路 3 1側で圧力変動が生じた場合、例えば第 1共通流路 3 1への外部からのインク供給量が変動したときや、供給速度が増大して、内部でインクの流れが乱流になったときの圧力変動等の影響も、緩和する（インク液室 1 2に与える影響を少なくする）ことができる。

これにより、各液体吐出部が常に安定したィンク液滴量を吐出することができ、その結果、高品位な印画ができるようになる。また、第 2共通流路 3 2の流路抵抗を適切に選択することによって、個々の液体吐出部がインク液滴を吐出するときの圧力変動で生じる干渉を大幅に軽減することができる。

さらに、本発明のような共通流路 3 0は、 1つのへッド 1 1からなるシリアル方式のヘッドの他に、複数のヘッド 1 1を並べて形成したへッド（ユニット）に対しても適用することができる。

第 3図は、デュアル ·インライン方式（図中、（A ) ) のヘッド（デュアル一インラインヘッド）と、ライン方式（図中、（B ) ) のへッド（ラインヘッド）とを示す平面図である。

第 3図のデュアル ·ィンライン方式のへッドは、 1つのへッド 1 1中にへッド 1 1の裏面から表面に達する貫通孔によるィンク供給孔を設けた構造とは異なり、 2つのヘッド 1 1を、ノズル 1 8の並び方向に対して垂直な方向に並べるとともに、両端部を、ダミーヘッド 4 0 (ヘッド 1 1と少なくとも同じ大きさ（外形）に形成され、インク液滴の吐出を行わないへッドであり、ヘッド 1 1としての機能を有さないものでも良く、ヘッド 1 1そのものを用いても良い。）で塞いで、閉塞された共通流路 3 0を形成したものである。なお、 2つのヘッド 1 1の個別流路 2 0が共通流路 3 0を向くように配置される。

また、第 3図のラインヘッドは、この例では、ノズル 1 8の並び方向に、ヘッド 1 1とダミーへッド 4 0とを交互に 4個並べるとともに、これを 2段形成し、かつ、両端部をダミーヘッド 4 0で塞いで、閉塞された共通流路 3 0を形成したものである。なお、上記と同様に、各ヘッド 1 1の個別流路 2 0が、共通流路 3 0を向くように配置される。

次に、第 2共通流路 3 2のより具体的な形状について説明する。

先ず、第 2共通流路 3 2の流路抵抗は、ヘッド 1 1の全ての個別流路 2 0へのィンクの移動方向に対する流路抵抗が略一定となるように形成することが好ましい。例えば、第 2共通流路 3 2の個別流路 2 0へのインクの移動方向における流路断面積を略同一にすること等が挙げられる。また、複数のヘッド 1 1を用いる場合には、全てのヘッド 1 1の第 2 共通流路 3 2が、同一の流路抵抗を有するように形成することが好ましい。なお、第 3図に示すように、全てのへッド 1 1に対して 1つの第 2 共通流路 3 2を設ける場合には、第 2共通流路 3 2から各個別流路 2 0 へのィンクの移動方向における流路断面積を一定にすること等が挙げられる。さらにまた、図示しないが、複数のヘッド 1 1を用いる場合において、複数の第 2共通流路 3 2を設けるような場合には、各第 2共通流路 3 2から、各第 2共通流路 3 2と連通する各個別流路 2 0へのインクの移動方向における流路断面積を一定にすること等が挙げられる。

さらにまた、第 2共通流路 3 2のインクの移動方向（流路方向）は、個別流路 2 0と同一方向（第 2図の側面図で見たときに、同一方向であることを意味する）でも良いが、異なる方向であっても良い。例えば、基板部材 1 4の個別流路 2 0が設けられた面上に第 2共通流路 3 2を設け、個別流路 2 0と連通するようにすれば、第 2共通流路 3 2と個別流路 2 0とのインクの移動方向を同一方向に形成することができる。なお、個別流路 2 0と同一面に形成しない場合であっても、第 2共通流路 3 2 と個別流路 2 0とのインクの移動方向を平行な方向に設定することも可能である。例えば、個別流路 2 0が設けられた面の上部であって、個別流路 2 0が設けられた面と平行な面に設けること等が挙げられる。

特に、個別流路 2 0と同一面上に第 2共通流路 3 2を設けることにより、均一な減衰特性の第 2共通流路 3 2を低コス卜で形成することができる。以下の説明では、上記のような、個別流路 2 0とインクの移動方向が平行に配置された第 2共通流路 3 2を、「水平共通流路 3 2 c」と称する。

さらに、個別流路 2 0のインクの移動方向と、第 2共通流路 3 2のィンクの移動方向とを、垂直な方向に設定することもできる。例えば、個別流路 2 0が形成された面に隣接する面であって、個別流路 2 0が形成された面に垂直な面（例えば、第 1図中、基板部材 1 4の右側前方の八ツチングで示される側面）を用いて、第 2共通流路 3 2を形成することもできる。この場合には、ヘッド 1 1の形成後の組立工程にて第 2共通流路 3 2を形成することができるので、流路特性を、インクの性質等によって自由に決定することができる。

以下の説明では、上記のような、個別流路 2 0とインクの移動方向が垂直に配置された第 2共通流路 3 2を、「垂直共通流路 3 2 d」と称する。

また、ダミーへッド 4 0や他のへッド 1 1を用いて上記第 2共通流路 3 2を形成した場合には、容易に第 2共通流路 3 2を形成することができる。特に、他のへッド 1 1を用いて上記第 2共通流路 3 2を形成した場合には、複数のヘッド 1 1に対して共用でき、かつ特性が同一である第 2共通流路 3 2を形成することができる。

さらにまた、第 2共通流路 3 2を、連通する水平共通流路 3 2 c及び垂直共通流路 3 2 dから構成することもできる。すなわち、個別流路 2 0とインクの移動方向が平行に配置された水平共通流路 3 2 c と、個別流路 2 0とィンクの移動方向が垂直に配置された垂直共通流路 3 2 d とを同時に設けることができる。これにより、水平共通流路 3 2 c及び垂直共通流路 3 2 dの両特性が持つ相乗効果を得ることができる。また、外乱の減衰度を大きく取ることができる。

なお、水平共通流路 3 2 cを、個別流路 2 0と同一面上に形成する場合には、半導体の前処理工程の一番最後に行われる。これに対し、垂直共通流路 3 2 dを、個別流路 2 0が形成されている面と垂直な面を用いて形成する場合には、後処理工程で行われる。このため、後者の場合には、必要に応じて第 2共通流路 3 2の特性を変えることが比較的簡単に行うことができ、異なる液体（インク）に応じて、その特性に合わせた第 2共通流路 3 2を形成したり、同一ヘッド 1 1を用いる場合でも、目的に合わせた第 2共通流路 3 2を形成できる等のメリッ卜がある。なお、第 2共通流路 3 2は、基板部材 1 4上に形成しても良く、基板部材 1 4上ではないが、へッド 1 1と一体で同一構造物上に形成しても良く、あるいはヘッド 1 1とは異なる構造物上に形成することも可能である。

また、第 2共通流路 3 2を形成する場合の部材は、ヘッド 1 1の液体吐出部や個別流路 2 0と別個独立の部材を用いても良いが、液体吐出部や個別流路 2 0の一部の部材を利用できるときは、その部材を用いることが好ましい。第 4図は、水平共通流路 3 2 c の 2つの形態を例示した平面図である。第 4図中、上側の図（a ) は、従来の発熱素子 1 3とバリア層 1 6と、個別流路 2 0との位置関係を示している。なお、この図から明らかなように、個別流路 2 0の側壁は、バリア層 1 6によって形成されている。このような形状のヘッド 1 1において、水平共通流路 3 2 cを設ける場合には、第 1に、第 4図中、中央の図（b ) に示すように、基板部材 1 4を個別流路 2 0側に向かって延長させて水平共通流路 3 2 c を形成するとともに（流路長 = L ) 、その平面上に、略円筒状の柱 3 2 aを複数形成することが挙げられる。なお、この場合の水平共通流路 3 2 cの厚み（高さ）は、バリア層 1 6の厚みと同一である。また、この柱 3 2 aは、バリア層 1 6と同一材料によって、バリア層 1 6とともに形成したものである。パリア層 1 6は、フォトリソグラフィ一の技術によって一括して形成されるので、この技術を用いてバリァ層 1 6とともに柱 3 2 aを形成すれば、安定した流路抵抗値の柱 3 2 aを有する水平共通流路 3 2 c を形成することができる。また、コストも低減することができる。

さらに、このように複数の柱 3 2 aを設ける方法は、水平共通流路 3 2 cの底壁となる基板部材 1 4の面積を小さくすることができるので、同一半導体ゥェ八一からの収率（ 1つの半導体ウェハーから、何個の基板部材 1 4を取れるか）を上げることができ、コスト的にも有利となる。さらに、液体吐出部（ノズル 1 8 ) の並び方向の流路抵抗値も高くすることができるので、より効率良く、衝撃波を減衰させることが可能となる。

また、第 4図中、下側の図（c ) は、柱 3 2 aを用いずに、基板部材 1 4を個別流路 2 0側に向かって延長させて、個別流路 2 0と同一面に水平共通流路 3 2 c を形成した例を示している（流路長 = L ) 。この場合には、水平共通流路 3 2 cの天壁の高さは、パリア層 1 6より低く設定されている。すなわち、高さ方向においては、水平共通流路 3 2 cの方が、個別流路 2 0より低くなつている。このように形成することによつて、水平共通流路 3 2 cの流路抵抗を高くしている。なお、この場合の水平共通流路 3 2 cの髙さは、例えばバリア層 1 6の厚みの約 1 Z 2 程度とすることが挙げられる。

また、第 5図は、垂直共通流路 3 2 dを設けた場合の 2つの例を示す断面図であり、左側の図（A ) は、 1つのノズル 1 8列に対してインクを供給する場合を示し、右側の図（B ) は、 2つのノズル 1 8列に対してインクを供給する場合を示している。さらにまた、第 6図は、第 5図中、左側の図（A ) を斜め下方向から見た斜視図である。

上述したように、へッド 1 1の個別流路 2 0が形成された面に隣接する垂直面を用いて、垂直共通流路 3 2 dを形成する場合には、組立工程において垂直共通流路 3 2 dの幅（へッド 1 1とダミーチップ 4 0又はヘッド 1 1間の距離）を比較的自由に選択できるので、ヘッド 1 1の形成後も、垂直共通流路 3 2 dの流路抵抗を目的等に応じて調節することができるというメリットがある。

第 5図において、へ、 j、ド 1 1のノズルシート 1 7と反対側の面には、流路フレーム 5 2が配置され、その内部に第 1共通流路 3 1が形成されている。また、流路フレーム 5 2には、内部の第 1共通流路 3 1と連通する液体供給管 5 1が設けられている。また、垂直共通流路 3 2 dは、ヘッド 1 1とダミーへッド 4 0との間（（A ) の場合）、又はへッド 1 1間（（B ) の場合）に形成されている。

垂直共通流路 3 2 dは、ノズル 1 8の吐出面に対して略垂直に配置され、ヘッド 1 1の一部がインクに接したときの粘性抵抗を用いて構成されるが、このような構成では、ノズル 1 8の並び方向における流路抵抗は、極めて大きなものとなる。また、横方向への干渉は少なく、構造上も、水平共通流路 3 2 c と比較すると、個別流路 2 0のインクの移動方向に対して垂直な方向にインクが移動するので、第 5図中、右側の図 (B) に示すように、他のへッド 1 1と垂直共通流路 3 2 dを共用できるというメリットがある。

さらに、右側の図（B) に示すように、異なるヘッド 1 1の個別流路 2 0にィンクを供給する場合でも、流路抵抗がへッド 1 1間でばらっかない等のメリットがある。そして、対向する 2つのヘッド 1 1の液体吐出部で、実質的には干渉を生じさせないような順番でインク液滴を吐出させることによって、垂直共通流路 3 2 dが共用されている場合でも、 2つのへッド 1 1における全ての液体吐出部の吐出特性を均一にすることができる。

(実施例）

次に、本発明の実施例（実験結果を含む）について説明する。

実施例では、水平共通流路 3 2 c (個別流路 2 0と同一面上に設けられたもの）及び垂直共通流路 3 2 dをともに持つものとした。そして、水平共通流路 3 2 cが同一で、垂直共通流路 3 2 dが異なる 3種類と、垂直共通流路 3 2 dが同一で、水平共通流路 3 2 cが異なるものとの計 4種類（試作番号「S S 2 0 7」、「S S 9 4 1」、「S S 1 0 6 2」、及び「S S 1 0 8 3」）を試作し、特性の比較を行った。

第 7図は、試作品の各寸法を説明する断面図であり、形状的には、第 5図の左側の図（A) と同一である。また、第 8図は、各試作品の番号と、その各寸法を表にして示す図である。

さらにまた、第 9図は、試作番号「S S 2 0 7」、「S S 9 4 1」、及び「S S 1 0 6 2」における、水平共通流路 3 2 cに設けた柱（断面三角形状） 3 2 bを示す平面図である。なお、第 8図中、試作番号「S S 9 4 1」と「S S 1 0 6 2」とは、全て同一寸法であるが、実際には一部に相違点のあるものである。ただし、実施例では、その点については省略する。

ここで、実施例において、何を指標とし、どのように測定したのかについて説明する。

一般的に、液体吐出部からのィンク液滴の吐出量を比較的正しく観測する手段としては、記録内容を画像読みとり機（イメージスキャナ等）で測定し、濃度変化として見る方法が簡便、かつ実際的である。しかし、この方法では、測定系の特性が正確に分からないので定性的なことは分かるが、定量的な測定は難しいことと、系の特性によっては生じていることが正しく観測できないことがある（例えば、画像読みとり装置自身の周波数特性（F特）の劣化が挙げられる。）。

したがって、少なくとも測定系の F特補正を行って測定系の F特限界がインク液滴を並べたときに観測される（2次元の）空間周波数のカツトオフ限界（ f c o) より高いことが観測を容易にする（F特が f c o より狭くても観測はできるが、高い周波数で生じる変動が減衰して見えにくくなる。）。

第 1 0図は、 F特補正の手段としてしばしば使われる物として、遅延させたデータを異なる係数を掛けて加算した、いわゆるトランスバーサルフィルタを示す図である。第 1 0図に示された 5点タップ F特補正フィル夕の特性を決めるためには、一般的には 5個の係数（掛け算の乗数）を決定する必要があるが、デジタルフィルタの理論によれば、位相特性を変えないという条件を与えると、対称型の係数で良いことになり (余弦関数しか含まないため、コサイン等化器と呼ばれることもある）、第 1 0図のように、 A、 B、及び Cの 3つの定数を決めれば良い。

このような係数を持ったフィル夕の F特（= F (ω) ) は、基本的に、 (式 1) F (ω) = C + 2 ACos ( 2 ω) + 2 BCos (ω)

(式 2) F (ω) = 0. 5 - 2 A+ 2 ACos ( 2 ω) +Cos (ω) ただし、 ω= 2 π/Το Τは、第 1 0図の一段当たりの遅延時間。式 2の場合は、 ω= 0で F (ω) = 1、 ω = ττで F (ω) = 0の条件を満たす場合。

と表すことができる特性になる。式 2の場合は、さらに良いフィル夕としての条件、すなわち「ナイキスト周波数での減衰を最大にする」という条件と、低周波数でのゲインを 1にするという条件を満たすもので、この場合は、 1つの係数（例えば Α) を決定すれば良いことになる。第 1 1図は、 Αの値を適当に変えた場合の F (ω) の特性をグラフとして示す図である。

また、第 1 2図は、このフィル夕の係数 Αを適切に選択し、本実施例の実験に用いた画像読みとり機での好ましい設定値を求めたものである。第 1 2図に示すように、 A =— 0. 8付近で、 A= 0のなまった矩形波が比較的測定に適した特性になることが分かる（周波数特性的には、全体として平坦に近いものになる。）。なお、第 1 2図のデータは、第 2 0図に示したものと基本的に同じである。

以下、式 2を、 A = _ 0. 8に設定した補正関数を用いて、第 8図に示した実施例の記録結果の比較を行う。

第 1 3図は、実施例での試作番号「S S 2 0 7」と「S S 94 1」との特性比較、すなわち、垂直共通流路 3 2dの流路幅を変えたときの振動の差（記録時の濃度差）をグラフとして示す図である。第 1 3図からも明らかなように、垂直共通流路 32dの振動抑制効果は歴然である。また、第 14図は、第 2 1図と同様に、試作番号「S S 2 0 7」と「S S 94 1」との濃度変化を明度だけの情報にして示す図である。さらにまた、第 1 5図は、試作番号「S S 1 0 6 2」と「S S 1 0 8 3」とで、水平共通流路 3 2 cの相違による差をグラフとして示す図である。さらに、第 1 6図は、試作番号「S S 1 0 6 2」と「S S 1 0 8 3」とを、第 1 4図と同様に濃度変化を明度だけの情報にして示す図である。第 1 5図に示される改善効果が第 1 3図のそれに比べて小さく見えるのは、第 1 5図の結果には、既に垂直共通流路 3 2 dの改善効果が含まれているからである。

また、本実施例で使用した水平共通流路 3 2 cは、流路抵抗が比較的小さなものであるが、第 1 5図から明らかに分かることは、この程度のものでも効果はあるので、柱の構造や、柱の並べる列数等をさらに最適化すれば、垂直共通流路 3 2 dの効果と相まって、本発明の基本的目的である干渉や圧力変動の影響を受けにくい流路構造が理論的にも実際にも形成できることが実証された。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、以下のような種々の変形が可能である。

( 1 ) 本実施形態では、サーマル方式の飛翔力供給手段として発熱素子 1 3を例に挙げたが、発熱素子 1 3に限らず、他の方式の飛翔力供給手段を用いたものでも良い。例えば、静電吐出方式やピエゾ方式の飛翔力供給手段が挙げられる。

静電吐出方式の飛翔力供給手段は、振動板と、この振動板の下側に、空気層を介した 2つの電極を設けたものである。そして、両電極間に電圧を印加し、振動板を下側にたわませ、その後、電圧を 0 Vにして静電気力を開放する。このとき、振動板が元の状態に戻るときの弾性力を利用してィンク液滴を吐出するものである。

また、ピエゾ方式の飛翔力供給手段は、両面に電極を有するピエゾ素子と振動板との積層体を設けたものである。そして、ピエゾ素子の両面の電極に電圧を印加すると、圧電効果により振動板に曲げモーメントが発生し、振動板がたわみ、変形する。' この変形を利用してインク液滴を吐出するものである。

このように、本発明は、サーマル方式に限らず、ピエゾ方式や静電吐出方式等にも適用することができる。また、上述したように、本発明は、シリアル方式、ライン方式を問わず、適用することができる。ただし、本発明は、インク液滴の吐出時の衝撃が、液体吐出部相互に影響を及ぼすことを防止するものであり、ィンク液滴の吐出時の圧力が強いほど、また、 1つの吐出から次の吐出までの期間が短いほど（すなわち、動作速度が速いほど）、その影響の度合いが大きくなる。したがって、吐出力の強い（吐出速度の速い）サーマル方式や、 1つの吐出から次の吐出までの期間が短い（高速に多くのへッドに均等にインクを供給しなければならない）ライン方式ほど、本発明を適用したときに有効なものとなる。

Claims

請求の範囲

1 . 吐出すべき液体を収容する液室と、

前記液室内に配置され、前記液室内の液体に飛翔力を付与する飛翔力供給手段と、

前記飛翔力供給手段の飛翔力により、前記液室内の液体を吐出させるためのノズルを形成したノズル形成部材と

を含む液体吐出部を、基板上に複数並設した液体吐出へッドを備える液体吐出装置であって、

各前記液体吐出部ごとに設けられ、前記液室と連通して、前記液室内に液体を供給するための個別流路と、

複数の前記個別流路に対して 1つ設けられ、前記複数の前記個別流路の全てと連通し、前記複数の前記個別流路に液体を送るための共通流路とを備え、

前記共通流路は、

液体の供給元側に設けられ、並設された前記ノズルの列に平行で、且つ、液体の吐出方向に平行な第 1共通流路と、

前記個別流路に隣接且つ連通して設けられ、前記第 1共通流路ょり液体の流路抵抗が大きい第 2共通流路とを備える

ことを特徴とする液体吐出装置。

2 . 請求の範囲第 1項に記載の液体吐出装置において、前記第 2共通流路の前記液体の供給方向に対して垂直な流路断面積を前記第 1共通流路の前記液体の供給方向に対して垂直な流路断面積より小さく形成することにより、前記第 2共通流路の流路抵抗を前記第 1共通流路の流路抵抗より大きく設定したことを特徴とする液体吐出装置。

3 . 請求の範囲第 1項に記載の液体吐出装置において、前記第 2共通流路の少なくとも一部は、前記液体吐出へッドの少なくとも一部によつて形成されていることを特徴とする液体吐出装置。

4 . 請求の範囲第 1項に記載の液体吐出装置において、前記第 2共通流路は、連通する複数の前記個別流路への液体の移動方向に対する流路抵抗が略一定となるように形成されていることを特徴とする液体吐出装置。

5 . 請求の範囲第 1項に記載の液体吐出装置において、前記液体吐出ヘッドは、複数設けられており、複数の前記液体吐出ヘッドの前記第 2 共通流路は、略同一の流路抵抗を有するように形成されていることを特徴とする液体吐出装置。

6 . 請求の範囲第 1項に記載の液体吐出装置において、前記第 2共通流路は、前記個別流路と略同一の流路方向を有するように形成されていることを特徴とする液体吐出装置。

7 . 請求の範囲第 1項に記載の液体吐出装置において、前記第 2共通流路の少なくとも一部は、前記基板の前記個別流路が設けられた面上に配置されていることを特徴とする液体吐出装置。

8 . 請求の範囲第 1項に記載の液体吐出装置において、前記第 2共通流路の少なくとも一部は、前記基板の前記個別流路が設けられた面上に配置されているとともに、前記液体吐出部又は前記個別流路を構成する部材と同一部材によって形成されていることを特徴とする液体吐出装置。

9 . 請求の範囲第 1項に記載の液体吐出装置において、前記基板は、前記個別流路が設けられた面と垂直又は略垂直な面を有し、前記第 2共通流路の少なくとも一部は、前記垂直又は略垂直な面を前記第 2共通流路の一つの壁面としていることを特徴とする液体吐出装置。

1 0 . 請求の範囲第 1項に記載の液体吐出装置において、前記第 2共通流路の一部は、前記基板の前記個別流路が設けられた面上に配置され、前記基板は、前記個別流路が設けられた面と垂直又は略垂直な面を有し、前記第 2共通流路の他の一部は、前記垂直又は略垂直な面を前記第 2共通流路の一つの壁面としていることを特徴とする液体吐出装置。