JP3777594B2 - インク吐出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク液滴をノズルから吐出させて記録媒体上に画像記録を行うためのインク吐出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のインクジェット方式のプリンタヘッドにおいては、熱エネルギーを用いてインクを吐出させるサーマル方式と、圧電素子を用いてインクを吐出させるピエゾ方式等が知られている。
サーマル方式は、より具体的には、インク液室の一面を微小なノズルが形成されたノズルシートで覆うとともに、インク液室内には発熱抵抗体を設け、この発熱抵抗体の急速な加熱によってインク液室内のインクにインク気泡（バブル）を発生させ、このときの力によってインク液滴をノズルから吐出させる方式のものである。
【０００３】
図１５〜図１８は、サーマル方式のプリンタヘッドチップａ（シリアルタイプ）の一例を示す図である。図１５は、プリンタヘッドチップａを示す外観斜視図であり、図１６は、図１５の外観斜視図において、ノズルシートｇを分解して示す斜視図である。また、図１７は、インク液室ｂ（バリア層ｆ）、発熱抵抗体ｃ、ノズルｈとの関係を詳細に示す平面図である。図１７において、発熱抵抗体ｃ上にノズルｈを２点鎖線にて重ね合わせて図示している。さらに、図１８は、図１７中、Ａ−Ａ断面を示す断面図であって、ノズルシートｇを併せて示すものである。
【０００４】
プリンタヘッドａにおいて、基板部材ｄは、シリコン等から成る半導体基板ｅと、この半導体基板ｅの一方の面に析出形成された発熱抵抗体ｃとを備えるものである。発熱抵抗体ｃは、半導体基板ｅ上に形成された導体部（図示せず）を介して外部回路と電気的に接続されている。
【０００５】
また、バリア層ｆ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ｅの発熱抵抗体ｃ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ｇは、複数のノズルｈが形成されたものであり、例えば、ニッケルによる電鋳技術により形成され、ノズルｈの位置が発熱抵抗体ｃの位置と合うように、すなわちノズルｈが発熱抵抗体ｃの真上に位置するようにバリア層ｆの上に貼り合わされている。
【０００６】
インク液室ｂは、発熱抵抗体ｃを囲むように、半導体基板ｅとバリア層ｆとノズルシートｇとから構成されたものである。すなわち、半導体基板ｅは、図中、インク液室ｂの底壁を構成し、バリア層ｆは、インク液室ｂの側壁を構成し、ノズルシートｇは、インク液室ｂの天壁を構成する。これにより、インク液室ｂは、図１５及び図１６中、右側前方面に開口面を有し、この開口面とインク流路ｉとが連通されている。そして、この開口面（のみ）からインクがインク液室ｂ内に送られるとともに、インク液室ｂの開口面以外に唯一開口されているノズルｈからインクが吐出される。
【０００７】
上記の１個のプリンタヘッドチップａには、通常、１００個単位の複数の発熱抵抗体ｃ、及びそれら発熱抵抗体ｃを備えたインク液室ｂを備え、プリンタの制御部からの指令によってこれら発熱抵抗体ｃのそれぞれを一意に選択して発熱抵抗体ｃに対応するインク液室ｂ内のインクを、ノズルｈから吐出させることができる。
【０００８】
すなわち、プリンタヘッドチップａにおいて、プリンタヘッドチップａと結合されたインクタンク（図示せず）から、インク流路ｉを通じてインク液室ｂにインクが満たされる。そして、発熱抵抗体ｃに短時間、例えば、１〜３マイクロ秒の間パルス電流を流すことにより、発熱抵抗体ｃが急速に加熱され、その結果、発熱抵抗体ｃ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インクが押しのけられる。この押しのけられたインクの一部は、インク液室ｂからインク流路ｉ側に押し戻され、他の一部は、インク液滴としてノズルｈから吐出され、紙等の記録媒体上に着弾される。
【０００９】
また、インク液滴を吐出すると、吐出した分に相当するインク液滴は、次の吐出までにインク液室ｂ内に補充される。ここで、インクの吐出の瞬間に効率良く（できるだけ高速で）インク液滴を吐出させることだけを考えると、インク液室ｂの入口の開口面（図１８中、Ｌ１×Ｌ２の部分）をできるだけ狭くし、吐出時のインク液室ｂ内と、ノズルｈ内の圧力ができるだけ高くなるようにすることが望ましい。しかし、そのようにしたときには、インク液滴がインク液室ｂ内に流入する際の流路抵抗が増大し、補充するための時間がかかり、インクの吐出の繰り返しに要する時間が長くなってしまう。
【００１０】
このため、ノズルｈの開口面の有効面積（Ｓｎ）と、インク液室ｂの入口の開口面の面積（Ｓｉ＝Ｌ１×Ｌ２）は、適当な比Ｒ（＝Ｓｎ／Ｓｉ）となるように決定される。もちろん、目的によっては比Ｒが特別な値になっても良い（インクの吐出速度、印画精度、印画速度などの取り方による）。
【００１１】
以上の構成において、吐出されるインク液滴の大きさや吐出方向を一定範囲内にするためには、
（１）インク液室ｂの内容積とノズルｈの内容積との合算値が所定範囲内の誤差にあること、
（２）インク液滴の吐出時にインク液室ｂ内の圧力が高くなった場合でも、半導体基板ｅ、バリア層ｆ及びノズルシートｇの間が確実に接着されていて、その間からインクが漏れないこと、
（３）インク液滴の吐出時にインク液室ｂの内容積が変化しないこと、
等が求められる。
【００１２】
ここで、比較的解像度の低い３００ｄｐｉ程度までは、加工精度等を高く要求することなく実現することが可能である。しかし、６００ｄｐｉあるいは１２００ｄｐｉのように高い解像度にするにつれて、加工誤差や接着誤差の積み重ねがインクの吐出特性に影響してくるようになる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前述のプリンタヘッドチップａでは、インク液室ｂの入口が１箇所であるので、この入口が何らかの理由、例えばインクに混入した塵埃で塞がれてしまうと、インク液室ｂ内へのインクの供給速度が低下したり、あるいは十分なインクを供給することができなくなる。例えば、インク液室ｂの入口の開口面積は、ノズルｈの吐出口の開口面積より大きいのが通常であるので、塵埃がインク液室ｂの入口を通過しても、その塵埃が吐出口を通過することができない場合がある。
【００１４】
このため、発熱抵抗体ｃ付近に塵埃が残留してしまう場合がある。そして、塵埃が発熱抵抗体ｃの上部に停滞すると、インク液滴を正常に吐出することが困難になる。特に、高解像度を求めてインク液滴を少なくするほど、上記の現象は顕著となる。これにより、所定量のインク液滴を吐出することができず、印画がかすれてしまう等のおそれがある。
【００１５】
塵埃は、インクが移動する全ての経路で存在する。したがって、ノズルｈの吐出口が塵埃で閉塞されないようにするためには、インクと接触する各部品のきめ細かいクリーニングはもとより、種々の塵埃除去フィルターを各場所に配置する必要がある。
【００１６】
しかし、印画速度を速くするにつれて、インク液室ｂに供給されるインク量も増大するので、塵埃除去フィルターのきめが細かすぎると、インクの供給が追いつかなくなったり、使用当初は良くても使用していくうちに塵埃が塵埃除去フィルターに蓄積し、インクが塵埃除去フィルターを通過しにくくなり、インクの供給が追いつかず、印画品位が低下する（印画がかすれてしまう等）という問題がある。
なお、以上は、ピエゾ方式の場合についても同様である。
【００１７】
また、吐出されるインク液滴の量は、インク液室ｂ内の容積や、ノズルｈ内の容積と密接に関係し、インク液滴の吐出量を一定量に確保するためには、これらの部分の加工精度を維持することが要求される。特に、１回に吐出されるインク液滴の量が多いもの、すなわち比較的解像度の低いものは、上記加工精度はさほど問題にはならないが、高解像度のものでは、吐出されるインク液滴が極めて少なく、高い加工精度が要求される。したがって、技術的には可能であるが、高い加工精度を維持するためには、コスト高となってしまう。
【００１８】
そこで、今日では、同じ位置にインク液滴を複数回着弾させて（複数回の重ね書きをすることにより）、着弾されるインク液滴の平均化を図り、インク液滴の吐出ムラや、塵埃の混入による吐出不良等が生じた場合にも、それらを目立たなくする工夫がなされている。
【００１９】
しかし、このような処理は、画質を改善するためには有効な方法であるが、各ノズルｈから吐出されるインク液滴の量や吐出角度等が揃った、本来全く欠点がないプリンタヘッドチップａであっても、１度の印画で終了することなく複数回インク液滴を吐出させることで、同一位置でのインク液滴の着弾を繰り返すこととなるので、印画時間が長くなるという問題がある。このことは、印画スピードを速くするという市場の要求と相反する結果となってしまう。
【００２０】
一方、プリンタヘッドチップａを印画ライン方向に多数並設し、プリンタヘッドが印画時に印画ライン方向に移動しない、ラインプリンタ用のプリンタヘッドが知られているが、この構造では、上記の複数回の重ね印画を行うことは、構造的に困難であるという問題がある。
以上のように、従来の構造では、加工精度と塵埃対策の困難性が高解像度化や高速印画の実現の妨げとなっていた。
【００２１】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、インクの吐出部分の加工精度を容易に高くすることができるとともに、インクへの塵埃の混入によってもインク液滴の吐出量や吐出角度等の変化を少なくし、さらにはインクの吐出部分へのインクの供給速度を低下させないようにすることで、高印画品位と印画速度とを高次元で両立させることができるインク吐出装置を提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
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に記載の発明は、基板部材上に設けられた複数のエネルギー発生手段と、前記エネルギー発生手段で発生したエネルギーによってインクを加圧するためのインク液室と、前記インク液室内で加圧されたインクを吐出するための吐出口を有するノズルとを含むインク吐出装置において、前記基板部材と前記ノズルを形成した部材との間に高さＨのインク流通空間部を形成するとともに、前記インク流通空間部の一部には、前記インク流通空間部の高さをほぼ一定に確保する支持部材が配置され、さらに、各前記エネルギー発生手段の上部に前記吐出口が位置するように前記ノズルを配置し、ここで、前記ノズルの前記インク流通空間部側の開口面をインク流入口とし、他方の開口面を前記吐出口とすることにより、前記インク液室を別個独立に形成することなく、前記ノズルの内部空間が前記インク液室を兼ねるようにし、かつ、前記吐出口及び前記インク流入口を含む前記ノズルの内部空間の最小開口長さをＤ min としたときに、Ｈ＜Ｄ min の関係を満たすようにし、前記エネルギー発生手段は、前記基板部材上に並設されており、前記支持部材を前記エネルギー発生手段の並設方向に沿って複数配置した支持部材列が複数配列され、１の前記支持部材列における前記支持部材の配置間隔と、他の１の前記支持部材列における前記支持部材の配置間隔とが異なるようにしたことを特徴とするインク吐出装置である。
【００２３】
（作用）
上記発明においては、エネルギー発生手段の上部には、ノズルが設けられており、ノズルの内部空間がインク液室を兼ねており、別個独立したインク液室は形成されていない。また、ノズルのエネルギー発生手段側の開口面がインク流入口となっており、他方の開口面がインクの吐出口となっている。そして、ノズルのエネルギー発生手段側の開口面からノズルにインクが入り込むとともに、このインクがエネルギー発生手段で発生したエネルギーによって加圧され、吐出口から吐出される。
【００２４】
また、インク吐出装置の内部に入り込んだ塵埃のうち、インク流通空間部の高さＨより大きな塵埃は、インク流通空間部内に進入することはない。さらにまた、大きな塵埃ほど、エネルギー発生手段から遠い側の支持部材列でせき止められる。
また、インク流通空間部の高さＨより小さい塵埃は、インク流通空間部内に進入し、ノズル内に入り込む可能性がある。しかし、ノズルの最小開口長さＤmin は、インク流通空間部の高さＨより大きいので、インク流通空間部内に進入し、さらにノズル内に進入した塵埃は、インク液滴の吐出時等に、吐出口から外部に排出される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明のインク吐出装置を適用したプリンタヘッドチップ１０を示す外観斜視図であって、中空部形成部材１６を分解して示すものである。また、図２は、図１の発熱抵抗体１３、支持部材１４、吐出口１７ａ及びインク流入口１７ｂとの関係を詳細に示す平面図である。図２では、発熱抵抗体１３上に、吐出口１７ａ及びインク流入口１７ｂを２点鎖線にて重ね合わせて図示している。さらに、図３は、図２のＢ−Ｂ断面を示す断面図であって、中空部形成部材１６を併せて示すものである。なお、図１、図２及び図３は、それぞれ従来例の図１６、図１７及び図１８に対応する図である。
【００２６】
基板部材１１は、シリコン等から成る半導体基板１２と、この半導体基板１２の一方の面に析出形成された発熱抵抗体（本発明におけるエネルギー発生手段に相当するもの）１３とを備えるものである。発熱抵抗体１３は、基板部材１１上に複数並設され、基板部材１１上に形成された導体部（図示せず）を介して外部回路と電気的に接続されている。以上の構成は、従来例で示したものと同様である。
【００２７】
また、第１実施形態においては例として、発熱抵抗体１３が形成された基板部材１１上において、発熱抵抗体１３を囲むように、１つの発熱抵抗体１３の四隅近傍には、支持部材１４を配置した。支持部材１４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、基板部材１１上の発熱抵抗体１３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。支持部材１４は、本実施形態では、横断面が八角形状をなすものである。
【００２８】
また、支持部材１４の高さは、例えば従来例で示したインク液室ｂの高さの約１／４に形成されている。すなわち、従来例のインク液室ｂの高さをＬ２（図１８参照）とすると、支持部材１４の高さＬ４（図３参照）は、Ｌ４≒Ｌ２／４である。
さらにまた、支持部材１４間の隙間Ｌ３（図３参照）は、従来例のインク液室ｂの幅Ｌ１（図１８参照）にほぼ等しく、約２５μｍ程度である。
【００２９】
さらに、発熱抵抗体１３が形成された基板部材１１上には、中空部形成部材１６が積層される。中空部形成部材１６は、例えばポリイミド（ＰＩ）や感光性樹脂等のフィルム状材料からなり、その厚みは、例えば従来例のバリア層ｆとノズルシートｇとを重ね合わせたものにほぼ等しい厚みを有する。例えば従来例のバリア層ｆの厚みを約１５μｍとし、ノズルシートｇの厚みを約３０μｍとし、両者の接着時の接着層の厚みを数μｍとすると、バリア層ｆとノズルシートｇとを重ね合わせたものは、約４５μｍ程度である。よって、中空部形成部材１６は、この程度の厚みに形成されている。
【００３０】
中空部形成部材１６には、複数の筒状の中空部（ノズル）１７が形成されている。中空部１７は、円錐台状（円錐の先端部を切断した立体であって、縦断面が台形状をなし、横断面が上部ほど径の小さい円形状をなすもの）に形成されている。この中空部１７は、従来例におけるインク液室ｂと、ノズルｈとを兼ねるものである。
【００３１】
すなわち、中空部１７の下面側の開口面は、中空部１７内にインクを流入するためのインク流入口１７ｂであり、中空部１７の上面側の開口面は、インクを吐出するための吐出口１７ａである。そして、インク流入口１７ｂから中空部１７内に入り込んインクを、吐出時に中空部１７内で加圧し、吐出口１７ａから吐出させる。吐出口１７ａの直径は、従来のノズルｈの吐出口の直径にほぼ等しく、約２０μｍ程度である。中空部１７の内容積は、例えば従来のインク液室ｂとノズルｈとの内容積の合算値にほぼ等しくなるように形成されている。
この中空部１７は、上記のフィルム状材料にエッチング、又はレーザー加工若しくは抜き加工等を施すこと等により形成されている。
【００３２】
なお、従来例では、インク液室ｂとノズルｈとの間が接着されているが、本実施形態では、中空部１７は、１つの材料によって同一層内に一体加工で形成されていることから、つなぎ目がないので十分な強度を確保することができる。
【００３３】
また、吐出されるインク液滴量は、例えば従来例では、インク液室ｂとノズルｈとの双方の内容積に関係するので、特にノズルｈ及びインク液室ｂを多数並設した場合には、並設されたインク液室ｂ及びノズルｈができるだけ一様なものであることが必要となる。ここで、従来例では、インク液室ｂとノズルｈとの２つの部材があるので、誤差が入り込む要素は２つあるが、本実施形態では、従来例におけるインク液室ｂとノズルｈとを兼ねた１つの中空部１７を１回の加工で一体形成しているので、それだけ誤差を少なくすることができる。よって、中空部１７を多数並設した場合でも、形状のばらつきを少なくすることができる。
【００３４】
発熱抵抗体１３が形成された基板部材１１上に中空部形成部材１６が設けられると、各発熱抵抗体１３上に中空部１７が配置される。図２に示すように、発熱抵抗体１３の中心と、中空部１７の中心とがほぼ一致するように配置される。
【００３５】
また、中空部形成部材１６が基板部材１１上に配置されると、基板部材１１の表面（発熱抵抗体１３の表面）と、中空部形成部材１６との間の間隙は、支持部材１４の高さであるＬ４となる。この間隙により形成される空間がプリンタヘッドチップ１０のインク流通空間部１５となる。すなわち、中空部１７の下側空間を含む空間にインク流通空間部１５が設けられる。また、支持部材１４は、インク流通空間部１５の高さを一定に保つものとなる。インク流通空間部１５は、インクタンク（図示せず）と連通し、インクは、インク流通空間部１５を自在に流通する。インク流通空間部１５では、インクの流通を抑制するものは、支持部材１４のみである。
【００３６】
以上のように、発熱抵抗体１３の周囲部は、従来例のようにインク液室ｂで閉じておらず、開放された状態となっている。隣接する発熱抵抗体１３の最短距離上の空間もまた、インク流通空間部１５の一部をなしている。このため、インク流通空間部１５では、隣接する発熱抵抗体１３上を自在にインクが流通できる構造をなし、１個の固定的なインク流路を持つ構造ではない。
【００３７】
以上のインク流通空間部１５においては、１つの中空部１７に対して、４方向からインクが流入する。すなわち、図２に示すように、発熱抵抗体１３を囲むように発熱抵抗体１３の四隅近傍に配置された支持部材１４により、インク流通空間部１５の４つのいずれかのルートＲ１、Ｒ２、Ｒ３又はＲ４を通って中空部１７内にインクが入り込む（図３中、Ｑ１）。これにより、１つの中空部１７には、４箇所のインクの流入ルートが確保される。
【００３８】
ここで、従来例では、インク液室ｂの入口の開口面積は、Ｌ１×Ｌ２であるのに対し、本実施形態では、中空部１７の入口の開口面積は、４（箇所）×Ｌ３×Ｌ４となる（図３参照）。そして、上述したように、Ｌ１＝Ｌ３、及びＬ４≒Ｌ２／４であるので、従来例におけるインク液室ｂの入口の開口面積と、本実施形態における中空部１７の入口の開口面積とは、ほぼ同じである。
【００３９】
しかし、本実施形態では、１つの中空部１７内にインクが入り込むルートは、上述のように４つ設けられているので、例えば、１箇所のルートが塵埃により閉塞されたとしても、中空部１７内へのインクの流入は妨げられない。
また、隣接する中空部１７の最短距離上もまた、インク流通空間部１５をなすので、例えば図２中、ルートＲ１やＲ３に塵埃が停滞し、インクの流通が不十分になったとしても、隣接する中空部１７側からのルートＲ２やＲ４からインクが流入するので、インクの供給が不十分になることはない。
【００４０】
また、インク流通空間部１５内に入り込むことができる塵埃は、支持部材１４の高さＬ４より外形が小さいものに限られる。そして、支持部材１４の高さＬ４は、従来のインク液室ｂの高さＬ２の約１／４である。これにより、本実施形態では、従来例以上に、インク流通空間部１５内への塵埃の進入を防止することができる。
【００４１】
図示しないが、発熱抵抗体１３と外部の制御部とがフレキシブル基板により電気的に接続され、フレキシブル基板の接続片は、発熱抵抗体１３の各々に電気的に接続されている。そして、プリンタの制御部からの指令によって一意に選択された発熱抵抗体１３に短時間、例えば、１〜３マイクロ秒の間電流パルスを通すことにより、発熱抵抗体１３が急速に加熱される。なお、発熱抵抗体１３の加熱前においては、中空部１７内には、インク流通空間部１５を通じてインクが満たされている。
【００４２】
その結果、発熱抵抗体１３と接する部分に気相のインク気泡が発生し、このインク気泡の膨張によって、中空部１７内では、ある体積のインクが押しのけられ、これによって、押しのけられたインクの一部は、中空部１７の外部に押し戻され、他の一部は、インク液滴として吐出口１７ａから吐出され（図３中、Ｑ２）、紙等の記録媒体上に着弾される。そして、インクが吐出された中空部１７には、インク流通空間部１５を通じてインクが直ちに補充される（図３中、Ｑ１）。
【００４３】
（インクの吐出時の衝撃波とインクの吐出制御との関係）
次に、インクの吐出時に生じる衝撃波の影響について説明する。
本実施形態のようなサーマル方式のインク液滴の吐出においては、１個の発熱抵抗体１３の１回の吐出に必要な瞬時電力は、０．５Ｗ〜０．８Ｗ程度と、比較的大きい電力を要する。したがって、本実施形態のように発熱抵抗体１３を多数並設したような場合、一度に多数の中空部１７から同時にインクを吐出すると、消費電力が極めて大きくなってしまうとともに、過度の発熱が生じることから、一度に多数の中空部１７から同時にインクを吐出することを行わない。
【００４４】
一方、発熱抵抗体１３の加熱によって中空部１７の吐出口１７ａからインクを吐出したときには、インク流通空間部１５を流通するインクには衝撃波が発生するが、１つの中空部１７からインクを吐出した後は、その中空部１７に隣接する中空部１７からは、上記の衝撃波の影響がなくなるまでの時間内にはインクの吐出を行わないように制御する。この時間内では、インクを吐出した中空部１７からある程度の距離が離れた中空部１７からインクを吐出するようにする。
【００４５】
例えば、少なくとも隣接する発熱抵抗体１３は、ほぼ同時に駆動する発熱抵抗体１３として選択しないようにし、ほぼ同時に駆動する発熱抵抗体１３間には、駆動しない少なくとも１つの発熱抵抗体１３が介在するように制御する。
よって、同時に駆動する発熱抵抗体１３を適切に選択することにより、中空部１７からのインクの吐出時の衝撃波が他の中空部１７に与える影響を実用上支障がない程度にすることができる。
【００４６】
（中空部１７の最小開口長さと、支持部材１４の高さＬ４との関係）
また、本実施形態では、中空部１７の最小開口長さを、支持部材１４の高さＬ４より大きく形成している。これは、以下の理由による。
平面距離で支持部材１４間をすり抜けてしまうような大きさの塵埃、すなわち横幅がＬ３未満の塵埃については、支持部材１４間をすり抜けてしまう。しかし、塵埃の高さが支持部材１４の高さＬ４以上の大きさであれば、その塵埃は、支持部材１４間を通過して中空部１７の下側（発熱抵抗体１３上）に到達することはできないので、結局、インク流通空間部１５内に進入することはない。
【００４７】
また仮に、高さが支持部材１４の高さＬ４未満の微細な塵埃については、インク流通空間部１５内に進入し、中空部１７内に入り込む可能性がある。しかし、中空部１７の最小開口長さ（Ｄmin ）を支持部材１４の高さＬ４より大きく設定すれば、中空部１７内に進入した塵埃は、インク液滴の吐出時等に、吐出口１７ａから外部に排出される可能性が高い。ここで、塵埃は、通常立体形状をしているので、中空部１７内に進入する塵埃の最大形状は、中空部１７内に内接する立方形状に仮定することが可能である。すなわち、好ましくは立方形状の一辺（立方体の高さ）であるＤmin ／√２を支持部材１４の高さＬ４より大きく設定することで、中空部１７内に進入した塵埃を排出できる可能性は高まる。さらに好ましくは、立方形状の対角線であるＤmin ／√３を支持部材１４の高さＬ４より大きく設定することが望ましい。これにより、例えば吐出口１７ａ付近で塵埃が停滞し、吐出不良となることを防止することができる。よって、インク流通空間部１５に塵埃が混入したときの影響をほとんどなくすことができる。
【００４８】
なお、中空部１７の形状が本実施形態のような形状であれば、最小開口長さは、吐出口１７ａの直径であるので、この直径又はＤmin ／√２、Ｄmin ／√３を支持部材１４の高さＬ４以上とすれば良い。これに対し、中空部１７の形状が本実施形態以外の形状であるときは、中空部１７内での横断面における最小開口長さ（Ｄmin ）、又はＤmin ／√２、より好ましくはＤmin ／√３を、支持部材１４の高さＬ４以上とすれば良い。
【００４９】
図４に示すように、中空部１７の横断面形状が本実施形態のように円形であるときには、最小開口長さＤmin は、その直径に等しい。また、図５に示すように、中空部１７の横断面形状が楕円形であるときには、最小開口長さＤmin は、短軸方向における長さとなる。さらにまた、図６に示すように、中空部１７の横断面形状がほぼ星形であるときには、最小開口長さＤmin は、１つの内側の頂部から、他の内側の頂部までの長さとなる。いずれの横断面形状においても、最小開口長さＤmin をＬ４以上、好ましくはＤmin ／√２をＬ４以上、さらに好ましくはＤmin ／√３をＬ４以上とすることで、本発明の効果を得ることができる。
【００５０】
なお、図５及び図６に示したように、中空部１７の形状及び吐出口１７ａ（さらにはインク流入口１７ｂの形状）は、本実施形態の形状に限られるものではなく、種々のものが挙げられる。例えば、中空部１７の横断面形状、吐出口１７ａ及びインク流入口１７ｂの開口形状は、多角形等、いかなる形状であっても良い。
【００５１】
さらに、本発明は、プリンタヘッドの製造上、歩留まりを向上させる効果もある。通常、プリンタヘッドは、クリーンな環境下で製造されるが、それでも１０μｍ程度の大きさを有する塵埃が存在する。このような塵埃がプリンタヘッド上に堆積すると、従来においては、バリア層ｆが１５μｍ程度の大きさを有していたため、これら塵埃がインク流路ｉ中に混入する可能性があった。このような塵埃がインク流路ｉに混入し、基板部材ｄ上に達すると、従来においては、ノズルシートｇがニッケル等の導電性の材質で形成されているため、塵埃の抵抗値が低かった場合、基板部材ｄ間でショートしやすくなる。基板部材ｄ間でショートが起こると、これら基板部材ｄは損傷をきたし、プリンタヘッドが不良品となってしまう。このような製造上の問題は、特にラインヘッドプリンタ用等のノズルｈ数が多い、長尺ヘッドで顕著である。本発明においては、仮にこのような塵埃が、プリンタヘッド表面に堆積することがあっても、この塵埃がインク流路（インク流通空間部１５）に進入する可能性が著しく低下するので、すなわち、基板部材１１表面に塵埃が達する可能性を著しく低減することができるので、上記問題を防止することが可能となる。すなわち、本発明のインク流通空間部１５が有する、フィルター効果は、製造上の歩留まり向上をも果たす。
【００５２】
（隣接する発熱抵抗体１３の中心間距離Ｐ１と、発熱抵抗体１３の表面から吐出口１７ａの中心までの最短距離Ｐ２との関係）
続いて、隣接する発熱抵抗体１３の中心間距離Ｐ１と、発熱抵抗体１３のインク流通空間部１５側の表面から吐出口１７ａの中心までの最短距離Ｐ２との関係について説明する。
図３に示すように、隣接する発熱抵抗体１３の中心間距離をＰ１とし、発熱抵抗体１３の表面から吐出口１７ａの中心までの最短距離をＰ２とする。
【００５３】
このとき、従来の方式では、図１７で示されるように各発熱抵抗体ｃ間に隔壁としてのバリア層ｆが存在するので、その構造上、Ｐ１／Ｐ２＞１であるのが一般的であった。
しかし、高解像度を要求するもの、例えば１２００ｄｐｉ程度のものでは、発熱抵抗体１３の中心間距離Ｐ１は短く、約２０μｍ程度となる。したがって、従来の構成では、高解像度に対応するには、構造上、限界が生じてくる。一方、本発明においては、中空部１７にはある程度の強度が必要であるとともに、インク液滴の吐出の構造上、中空部１７のある程度の高さが必要となるが、バリア層ｆが存在しない分、高解像度の対応が可能となる。よって、本実施形態では、従来例と異なり、Ｐ１／Ｐ２＜１の関係を満たすものとなる。
【００５４】
（支持部材の配置形態）
次に、支持部材１４の配置形態について説明する。
図１に示した支持部材１４の配置は、上述したように、１つの発熱抵抗体１３の四隅近傍に発熱抵抗体１３を囲むように配置されている。しかし、必ずしもこのような配置に限られるものではなく、支持部材１４の形状、大きさ、配置数、配置パターン等は、種々のものが挙げられる。
図７〜図１０は、支持部材１４の配置形態を示す平面図であって、発熱抵抗体１３と支持部材１４との位置関係を示すとともに、吐出口１７ａ及びインク流入口１７ｂを２点鎖線にて重ね合わせて図示したものである。
【００５５】
図７では、支持部材１４の第１配置形態として、図中、発熱抵抗体１３の上部には、支持部材１４と同一の高さを有する壁１８が設けられている。そして、発熱抵抗体１３は、この壁１８の長手方向に沿って配置されている。支持部材１４は、発熱抵抗体１３の図中下側に、２段に配置されている。すなわち、長手方向において図１と同様のピッチで配列された支持部材１４列が２段設けられたものである。
【００５６】
先ず、支持部材１４を多数配置することにより、インク流通空間部１５の高さをより一定に確保することができるとともに、強度も確保することができる。さらに、図７に示すように支持部材１４を配置すれば、インク流通空間部１５に進入した塵埃については、できる限り、発熱抵抗体１３（中空部１７）から遠い側の支持部材１４列で停滞させ、発熱抵抗体１３（中空部１７）に近いインク流通空間部１５が閉塞されないようにし、各中空部１７に常に均一なインクを供給することができるようになる。このように、支持部材１４列を複数配置することにより、塵埃がインク流通空間部１５を流通して中空部１７側に向かう前に、いずれかの支持部材１４列に塵埃が引っ掛かるようになる。
【００５７】
図８では、支持部材１４の第２配置形態として、図中、２段の支持部材１４列における支持部材１４間の空間位置が上下方向において同一位置にならないように配置したものである。すなわち、図中、上段の支持部材１４列の各支持部材１４と、下段の支持部材１４列の各支持部材１４の位置が異なるように配置したものである。このように形成することにより、塵埃が支持部材１４列をくぐり抜けて中空部１７に到達することを、より効果的に防止することができる。
【００５８】
図９では、支持部材１４の第３配置形態として、図７及び図８と同様に２段の支持部材１４列を備えるものであるが、図中、上段の支持部材１４列については、各支持部材１４が発熱抵抗体１３の真下側に位置するようにしたものである。このように支持部材１４を配置すれば、下段の支持部材１４列の支持部材１４間を通過した塵埃は、上段の支持部材１４によって停滞され、発熱抵抗体１３上（中空部１７の下側）に直接到達することを防止することができる。
【００５９】
図１０では、支持部材１４の第４配置形態として、支持部材１４列を３段に設けたものである。このように、支持部材１４列は、図７〜図９のように必ずしも２段である必要はなく、図１０のような３段でも良く、あるいは４段以上設けても良い。
さらに図１０では、各支持部材１４列ごとに、支持部材１４の大きさが異なるように形成されている。図１０において、上段の支持部材１４列の支持部材１４Ａが最も小さく、次いで中段の支持部材１４列の支持部材１４Ｂが小さい。そして、下段の支持部材１４列の支持部材１４Ｃが最も大きい。
【００６０】
このように形成することにより、支持部材１４Ｃ間の隙間よりも大きな塵埃は、下段の支持部材１４列によりせき止められるので、それより発熱抵抗体１３（中空部１７）側には進入しない。そして、下段の支持部材１４列の支持部材１４Ｃ間の隙間を通過した塵埃のうち、支持部材１４Ｂ間の隙間よりも大きな塵埃は、中段の支持部材１４列によりせき止められるので、それより発熱抵抗体１３（中空部１７）側には進入しない。
【００６１】
そして、さらに支持部材１４Ｂ間の隙間を通過した塵埃のうち、支持部材１４Ａ間の隙間よりも大きな塵埃は、上段の支持部材１４列によりせき止められるので、発熱抵抗体１３（中空部１７）側には進入しない。このようにして、大きな塵埃ほど、発熱抵抗体１３（中空部１７）から遠い側の支持部材１４列でせき止めることができる。
【００６２】
以上、第１実施形態では、支持部材１４の形状を柱状形状として説明したが、無論、支持部材１４の形状は、これに限定されるものではない。例えば、発熱抵抗体１３の周囲を、発熱抵抗体１３の一辺の長さ以下の長さを有するコの字状（凹状）部材等で囲っても良く、このようにしても、インク流通空間部１５にフィルター効果を持たせつつ、発熱抵抗体１３へ流入するインク量を従来並に確保することが可能となる。また、支持部材１４の形状は、全て同一である必要もなく、発熱抵抗体１３近傍をコの字形状に、それ以外を柱状形状にすることも無論可能である。
【００６３】
（第２実施形態）
図１１は、本発明の第２実施形態であるプリンタヘッドチップ１０Ａを示す外観斜視図であって、中空部形成部材１６Ａを分解して示すものであり、第１実施形態の図１に相当するものである。
第２実施形態では、基板部材１１上には発熱抵抗体１３が第１実施形態と同様に形成されているが、支持部材１４は、基板部材１１上には形成されていない。
【００６４】
支持部材１４は、中空部形成部材１６Ａの図中、下面側に、中空部形成部材１６Ａに一体形成されている。中空部形成部材１６Ａのその他の部分は、第１実施形態の中空部形成部材１６と同様である。
支持部材１４は、発熱抵抗体１３が形成された基板部材１１上に中空部形成部材１６Ａが積層されたときに、第１実施形態と同一位置に配置されるように、中空部形成部材１６Ａに形成されている。
【００６５】
中空部形成部材１６Ａがポリイミドや感光性樹脂等のフィルム状材料からなる場合、図１中、下面側の表面をハーフエッジングすることにより、支持部材１４を中空部形成部材１６Ａに一体形成することができる。このように形成すれば、基板部材１１上は、１層（中空部形成部材１６Ａ）のみとすることができるので、コスト削減を図ることができる。
【００６６】
また、第２実施形態では、中空部形成部材１６Ａを、発熱抵抗体１３が形成された基板部材１１上に積層して接着するだけで足りるので、介在する接着層は、１箇所となる。これに対し、第１実施形態では、支持部材１４と基板部材１１との間、及び支持部材１４と中空部形成部材１６との間の２箇所である。
よって、接着層の数が少なくなるので、プリンタヘッドチップ１０Ａ全体の厚みの寸法精度をより高精度にすることができる。さらに、接着層の数が少なくなるので、強度上の信頼性を高くすることができる。
その他の構成等は、第１実施形態と同一であるので、説明を省略する。
【００６７】
なお、上述の第１実施形態及び第２実施形態以外に支持部材１４を形成する方法として、例えば、基板部材１１の発熱抵抗体１３が設けられた面、又は中空部形成部材１６の下面に、支持部材１４の高さＬ４の厚みを有する印刷層を形成することにより、支持部材１４を印刷によって形成することも可能である。
【００６８】
次に、ラインプリンタ用のプリンタヘッドを形成した場合の例について説明する。
図１２は、プリンタヘッドチップ１０Ｂを複数並設して、ラインプリンタ用のプリンタヘッドとした場合の例を示す平面図である。なお、図１２において、支持部材１４及び壁１８を実線で図示している。
この例では、各プリンタヘッドチップ１０Ｂの支持部材１４は、３段の支持部材１４列を備えている。また、プリンタヘッドチップ１０Ｂは、第２実施形態で示したように、中空部形成部材１６Ａ側に支持部材１４を形成したものである。したがって、基板部材１１上には、発熱抵抗体１３のみが設けられている。
【００６９】
このように形成した場合、隣接する基板部材１１のつなぎ目における発熱抵抗体１３の配置間隔を、各基板部材１１の発熱抵抗体１３の配置間隔と一致するように、隣接する基板部材１１を配置する。そして、全ての基板部材１１の各発熱抵抗体１３に対応する位置に中空部１７が形成された１つの中空部形成部材１６Ａに、全ての基板部材１１を貼り付ける。また、支持部材１４列のさらに外側には、各プリンタヘッドチップ１０Ｂの共通流路１９が設けられる。
このように形成すれば、直線状に多数のプリンタヘッドチップ１０Ｂが配列された（直線状に吐出口１７ａが配列された）ラインプリンタ用のプリンタヘッドを形成することができる。
【００７０】
ここで、従来例のものでは、プリンタヘッドチップａを多数並設した場合に、そのつなぎ目（端部）においても、他の部分と同様のインク液滴の吐出性能を確保する必要がある。よって、つなぎ目においてもインク液室ｂを精度良く加工する必要があるが、それが困難であった。このため、プリンタヘッドチップａのつなぎ目においては、インクの吐出を安定させるのが困難であった。
これに対し、本実施形態では、基板部材１１側には隔壁等が存在しないので、基板部材１１のつなぎ目における発熱抵抗体１３の配置間隔の精度を確保するだけで足りる。
【００７１】
また、第１実施形態のプリンタヘッドチップ１０を用いて、上述のようなラインプリンタ用のプリンタヘッドを形成しても良い。この場合も同様に、発熱抵抗体１３及び支持部材１４が設けられた複数の基板部材１１を、１つの中空部形成部材１６に貼り付ける。このとき、支持部材１４の配列によっては、基板部材１１の端部における支持部材１４の形状や配置間隔が他の支持部材１４の形状や配置間隔と異なる場合が生じ得る。しかし、支持部材１４は、インク液室ｂと異なり、インク液滴の吐出性能に直接影響を与えるものではないので、つなぎ目の支持部材１４の形状や配置間隔が異なったとしても、実用上の支障はない。
【００７２】
（第３実施形態）
図１３は、本発明の第３実施形態であるプリンタヘッドチップ１０Ｃを示す断面図であり、第１実施形態の図３に相当する図である。
第３実施形態では、エネルギー発生手段として、第１実施形態の発熱抵抗体１３の代わりに、振動板２１並びに上部電極２２及び下部電極２４を設けたものであり、静電吐出方式によるものである。また、上部電極２２と下部電極２４との間には、空気層２３が設けられている。その他の構造は、第１実施形態と同様である。
【００７３】
第３実施形態では、上部電極２２と下部電極２４との間に電圧を印加すると、振動板２１は、静電気力によって、図中、下方向に吸引され、たわむ。その後、電圧を０Ｖにして静電気力を開放する。これにより、振動板２１は、その弾性力により元の状態に戻るが、このときの弾性力を利用して、中空部１７内のインクを吐出口１７ａから吐出する。以上のようにしても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００７４】
（第４実施形態）
図１４は、本発明の第４実施形態であるプリンタヘッドチップ１０Ｄを示す断面図であり、第１実施形態の図３に相当する図である。
第４実施形態では、エネルギー発生手段として、第１実施形態の発熱抵抗体１３の代わりに、両面に電極を有するピエゾ素子２５と振動板２１との積層体を設けたものであり、ピエゾ方式によるものである。その他の構造は、第１実施形態と同様である。
【００７５】
第４実施形態では、ピエゾ素子２５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２１に曲げモーメントが発生し、振動板２１がたわみ、変形する。この変形を利用して、中空部１７内のインクを吐出口１７ａから吐出する。以上のようにしても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、インクの吐出部分の加工精度を容易に高精度にすることができる。また、インクへの塵埃の混入によってもインク液滴の吐出量や吐出角度等の変化を少なくすることができる。さらに、インクの吐出部分へのインクの供給速度を低下させないようにすることができる。
また、大きな塵埃ほど、エネルギー発生手段から遠い側の支持部材列でせき止めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のインク吐出装置を適用したプリンタヘッドチップを示す外観斜視図であって、中空部形成部材を分解して示すものである。
【図２】 図１の発熱抵抗体、支持部材、吐出口及びインク流入口との関係を詳細に示す平面図である。
【図３】 図２のＢ−Ｂ断面を示す断面図であって、中空部形成部材を併せて示すものである。
【図４】 中空部の横断面形状が円形のものを示す図である。
【図５】 中空部の横断面形状が楕円形のものを示す図である。
【図６】 中空部の横断面形状がほぼ星形のものを示す図である。
【図７】 支持部材の第１配置形態を示す平面図である。
【図８】 支持部材の第２配置形態を示す平面図である。
【図９】 支持部材の第３配置形態を示す平面図である。
【図１０】 支持部材の第４配置形態を示す平面図である。
【図１１】 本発明の第２実施形態であるプリンタヘッドチップを示す外観斜視図である。
【図１２】 複数のプリンタヘッドチップを複数並設して、ラインプリンタ用のプリンタヘッドとした場合の例を示す平面図である。
【図１３】 本発明の第３実施形態であるプリンタヘッドチップを示す断面図である。
【図１４】 本発明の第４実施形態であるプリンタヘッドチップを示す断面図である。
【図１５】 従来のプリンタヘッドチップを示す外観斜視図である。
【図１６】 図１５の外観斜視図において、ノズルシートを分解して示す斜視図である。
【図１７】 インク液室（バリア層）、発熱抵抗体、ノズルとの関係を詳細に示す平面図である。
【図１８】 図１７中、Ａ−Ａ断面を示す断面図であって、ノズルシートを併せて示すものである。
【符号の説明】
１０ プリンタヘッドチップ
１１ 基板部材
１２ 半導体基板
１３ 発熱抵抗体（エネルギー発生手段）
１４ 支持部材
１５ インク流通空間部
１６ 中空部形成部材
１７ 中空部（ノズル）
１７ａ 吐出口
１７ｂ インク流入口
１８ 壁

Claims (4)

1. 基板部材上に設けられた複数のエネルギー発生手段と、
   前記エネルギー発生手段で発生したエネルギーによってインクを加圧するためのインク液室と、
   前記インク液室内で加圧されたインクを吐出するための吐出口を有するノズルと
   を含むインク吐出装置において、
   前記基板部材と前記ノズルを形成した部材との間に高さＨのインク流通空間部を形成するとともに、前記インク流通空間部の一部には、前記インク流通空間部の高さをほぼ一定に確保する支持部材が配置され、さらに、各前記エネルギー発生手段の上部に前記吐出口が位置するように前記ノズルを配置し、
   ここで、
   前記ノズルの前記インク流通空間部側の開口面をインク流入口とし、他方の開口面を前記吐出口とすることにより、前記インク液室を別個独立に形成することなく、前記ノズルの内部空間が前記インク液室を兼ねるようにし、
   かつ、前記吐出口及び前記インク流入口を含む前記ノズルの内部空間の最小開口長さをＤ min としたときに、
   Ｈ＜Ｄ min
   の関係を満たすようにし、
   前記エネルギー発生手段は、前記基板部材上に並設されており、
   前記支持部材を前記エネルギー発生手段の並設方向に沿って複数配置した支持部材列が複数配列され、
   １の前記支持部材列における前記支持部材の配置間隔と、他の１の前記支持部材列における前記支持部材の配置間隔とが異なるようにした
   ことを特徴とするインク吐出装置。
2. 基板部材上に設けられた複数のエネルギー発生手段と、
   各前記エネルギー発生手段の上部に配置され、前記エネルギー発生手段側の開口面がインク流入口であり、他方の開口面がインクを吐出するための吐出口である筒状の中空部を形成した中空部形成部材とを備え、
   ここで、
   前記基板部材と前記中空部形成部材との間に前記インク流入口に連通するインク流通空間部を形成するとともに、前記インク流通空間部の高さをＨ、前記中空部の最小開口長さをＤ min としたときに、
   Ｈ＜Ｄ min
   の関係を満たすようにし、
   かつ、前記インク流通空間部の一部には、前記インク流通空間部の高さをほぼ一定に確保する支持部材が配置されており、
   前記エネルギー発生手段は、前記基板部材上に並設されており、
   前記支持部材を前記エネルギー発生手段の並設方向に沿って複数配置した支持部材列が複数配列され、
   １の前記支持部材列における前記支持部材の配置間隔と、他の１の前記支持部材列における前記支持部材の配置間隔とが異なるようにした
   ことを特徴とするインク吐出装置。
3. 基板部材上に設けられた複数のエネルギー発生手段と、
   前記エネルギー発生手段で発生したエネルギーによってインクを加圧するためのインク液室と、
   前記インク液室内で加圧されたインクを吐出するための吐出口と
   を含むインク吐出装置において、
   各前記エネルギー発生手段の上部に配置され、前記エネルギー発生手段側の開口面から入り込んだインクを、前記エネルギー発生手段で発生したエネルギーによって加圧し、他方の開口面から吐出させるようにした、前記インク液室と前記吐出口とを兼ねた筒状の中空部を形成した中空部形成部材を備え、
   ここで、
   前記基板部材と前記中空部形成部材との間に前記インク流入口に連通するインク流通空間部を形成するとともに、前記インク流通空間部の高さをＨ、前記中空部の最小開口長さをＤ min としたときに、
   Ｈ＜Ｄ min
   の関係を満たすようにし、
   かつ、前記インク流通空間部の一部には、前記インク流通空間部の高さをほぼ一定に確保する支持部材が配置されており、
   前記エネルギー発生手段は、前記基板部材上に並設されており、
   前記支持部材を前記エネルギー発生手段の並設方向に沿って複数配置した支持部材列が複数配列され、
   １の前記支持部材列における前記支持部材の配置間隔と、他の１の前記支持部材列における前記支持部材の配置間隔とが異なるようにした
   ことを特徴とするインク吐出装置。
4. 基板部材上に設けられた複数のエネルギー発生手段と、
   前記エネルギー発生手段で発生したエネルギーによって加圧されたインクを吐出するための吐出口を有するノズルと
   を含むインク吐出装置において、
   前記基板部材と前記ノズルを形成した部材との間に高さＨのインク流通空間部を形成したときに、
   前記ノズルの最小開口長さをＤmin としたときに、
   Ｈ＜Ｄmin
   の関係を満たすようにし、
   かつ、前記インク流通空間部の一部には、前記インク流通空間部の高さをほぼ一定に確保する支持部材が配置されており、
   前記エネルギー発生手段は、前記基板部材上に並設されており、
   前記支持部材を前記エネルギー発生手段の並設方向に沿って複数配置した支持部材列が複数配列され、
   １の前記支持部材列における前記支持部材の配置間隔と、他の１の前記支持部材列における前記支持部材の配置間隔とが異なるようにした
   ことを特徴とするインク吐出装置。

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