(57)【要約】【課題】ノズルの詰まりを防止し、かつ、インク液滴の吐出に与える影響が小さく、従って、長寿命なインクジェット記録ヘッド等を実現することができる液体吐出装置、ならびに、この吐出装置を利用するインクジェットプリンタを提供することにある。【解決手段】液体吐出装置であって、駆動時と保管時とで、ノズルおよびこのノズルに対応する供給路からなる液体流路において、下記式（１）を満足する２つの異なる位置（ｚ＝ｚ１およびｚ２）に液面位置を設定したことを特徴とする液体吐出装置を提供することにより、前記課題を解決する。  ｛２Ｔｃｏｓ（α（ｚ）＋β（ｚ））｝／ｒ（ｚ）＝Ｐａ−Ｐｌ…（１）（ｚは液体流路における液面位置、Ｔは液体の表面張力、α（ｚ）は液体と液体流路の内壁面との接触角、β（ｚ）は液体流路の形状変化、ｒ（ｚ）は液体流路の半径、Ｐｌは液体の内圧を、Ｐａは大気圧を表す。）【選択図】図２
2006076312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノズルが形成された部材と、
前記複数のノズルの各々に対応して形成され、前記ノズルから液滴を吐出する複数の吐出手段と、この複数の吐出手段にそれぞれ液体を供給する複数の供給路とを有する液体吐出装置であって、
駆動時と保管時とで、前記ノズルおよびこのノズルに対応する供給路からなる液体流路において、下記式（１）を満足する２つの異なる位置（ｚ＝ｚ１およびｚ２）に液面位置を設定したことを特徴とする液体吐出装置。
｛２Ｔｃｏｓ（α（ｚ）＋β（ｚ））｝／ｒ（ｚ）＝Ｐａ−Ｐｌ…（１）
（ここで、ｚは前記液体流路における前記液面位置、Ｔは前記液体の表面張力、α（ｚ）は前記液体と前記液体流路の内壁面との接触角、β（ｚ）は前記液体流路の形状変化、ｒ（ｚ）は前記液体流路の半径、Ｐｌは前記液体の内圧を、Ｐａは大気圧を表す。）
【請求項２】
前記駆動時および保管時における前記液面位置の調整を、前記液体の内圧を調整するための圧力調整手段で行う請求項１に記載の液体吐出装置。
【請求項３】
前記駆動時と保管時とで、前記液面位置における前記液体流路の内壁面と前記液体との接触角が異なる請求項１または２に記載の液体吐出装置。
【請求項４】
前記保管時における液面位置が、前記駆動時における液面位置よりも液体吐出方向の下流側に設定される請求項１〜３のいずれかに記載の液体吐出装置。
【請求項５】
前記保管時の液面位置における前記液体流路の断面サイズが、前記駆動時の液面位置におけるものよりも大きい請求項１〜４のいずれかに記載の液体吐出装置。
【請求項６】
前記駆動時の液面位置から前記保管時の液面位置に至る前記液体流路の内壁面に、液体吐出方向に延在する溝が形成される請求項５に記載の液体吐出装置。
【請求項７】
前記保管時における液体の供給を、前記供給路および別途設定された液体供給手段の少なくとも一方で行う請求項５または６に記載の液体吐出装置。
【請求項８】
前記液体流路が前記ノズルである請求項１〜７に記載の液体吐出装置。
【請求項９】
前記液体が、インクであり、前記液滴が、インク液滴であり、前記液体吐出装置が、インクジェット記録ヘッドである請求項１〜８のいずれかに記載の液体吐出装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の液体吐出装置をインク液滴の吐出装置として用いることを特徴とするインクジェットプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット記録ヘッド等に利用されるインク液滴など液滴を吐出する液体吐出装置の技術分野に属し、詳しくは、インクの析出等によるノズルの詰まりを長期間に渡って防止できる、寿命の長い液体吐出装置、ならびに、この液体吐出装置をインクジェット記録ヘッドとして利用するインクジェットプリンタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒータによる加熱でインクの一部を急速に気化させ、その膨張力等によってインク液滴をノズルから吐出させる、サーマルインクジェットが各種のプリンタに利用されている（特開昭４８−９６２２号、同５４−５１８３７号等の各公報参照）。
また、静電気を利用するＭＥＭ(Micro Erectronic Machine)や、ピエゾ素子等の駆動手段で振動板を振動して、そのエネルギによってインク液滴をノズルから吐出させるインクジェットを利用するプリンタも知られている（特開平１１−２０７９５６号、同１１−３０９８５０号等の各公報等参照）。
【０００３】
このようなインクジェットプリンタにおいては、保管時、例えば、プリンタの電源をオフ（ｏｆｆ）した際などに、そのままの状態でインクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッドとする）を放置しておくと、インクの水分等の溶媒が蒸発し、色素や顔料などのインクの固形成分（溶質）が凝集して析出し、ノズルが詰まってしまう。詰まったノズルは、インクの吐出量が低減（変動）し、さらには閉塞してインクを吐出できなくなり、その結果、プリンタは、所定の性能を発揮できなくなってしまう。
そのため、通常のインクジェットプリンタでは、保管時に、ノズルをキャッピング（密栓）することにより、ノズルの詰まりを防止している。図９に、その一例を模式的に示す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図９に示される例において、駆動時（電源オン（ｏｎ））には、ノズルをキャッピングするキャップ１５２は、記録ヘッド１５０（ヘッドユニット）とは離間して、画像記録の妨げにならない場所に位置している。
電源がオフ（ｏｆｆ）されると、図示しないワイパー等によって、記録ヘッド１５０のノズルが形成（紙面に垂直方向に多数のノズルが配列される）された面（以下、ノズル面１５０ａとする）を清掃した後に、キャップ１５２を記録ヘッド１５０側に移動して、ノズル面１５０ａを気密状態で覆い、全ノズルをキャッピングする。また、キャップ１５２には、吸引手段が接続される場合も多く、ノズル面１５０ａを閉塞した後、必要に応じて、キャップ１５２内を吸引することにより、より確実なキャッピングを可能にしている。
【０００５】
このような記録ヘッド１５０のノズルのキャッピングにおいては、キャップ１５２内が飽和蒸気圧となった段階で平衡状態となり、以降、ノズル周辺が安定化して、インクの析出等によるノズルの詰まりを防止できる。
ところが、キャップ１５２によるキャッピングが不完全であったり、少量の閑散処理を頻繁に繰り返すことによりノズル周辺にインクが残存してしまうと、ノズル周辺でインクが徐々に蒸発／析出して堆積し、結果的に、ノズルが詰まってしまう。
【０００６】
本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解決することにあり、保管時におけるインクの析出等によるノズルの詰まりを好適に防止することができ、かつ、保管時にインクが析出しても、ノズルからのインク液滴の吐出に与える影響が小さく、従って、長寿命なインクジェット記録ヘッド等を実現することができる液体吐出装置、ならびに、この液体吐出装置を利用するインクジェットプリンタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、複数のノズルが形成された部材と、前記複数のノズルの各々に対応して形成され、前記ノズルから液滴を吐出する複数の吐出手段と、この複数の吐出手段にそれぞれ液体を供給する複数の供給路とを有する液体吐出装置であって、駆動時と保管時とで、前記ノズルおよびこのノズルに対応する供給路からなる液体流路において、下記式（１）を満足する２つの異なる位置（ｚ＝ｚ１およびｚ２）に液面位置を設定したことを特徴とする液体吐出装置を提供するものである。
｛２Ｔｃｏｓ（α（ｚ）＋β（ｚ））｝／ｒ（ｚ）＝Ｐａ−Ｐｌ…（１）
（ここで、ｚは前記液体流路における前記液面位置、Ｔは前記液体の表面張力、α（ｚ）は前記液体と前記液体流路の内壁面との接触角、β（ｚ）は前記液体流路の形状変化、ｒ（ｚ）は前記液体流路の半径、Ｐｌは前記液体の内圧を、Ｐａは大気圧を表す。）
【０００８】
ここで、前記駆動時および前記保管時における前記液面位置の調整を、前記液体の圧力を調整する圧力調整手段で行うのが好ましい。
また、前記駆動時と前記保管時とで、前記液面位置における前記液体流路の内壁面と前記液体との接触角が異なるのが好ましい。
また、前記保管時における前記液面位置が、前記駆動時における前記液面位置よりも液体吐出方向の下流側に設定されるのが好ましい。
また、前記保管時の前記液面位置における前記液体流路の断面サイズが、前記駆動時の前記液面位置におけるものよりも大きいのが好ましい。
【０００９】
また、前記駆動時の前記液面位置から前記保管時の前記液面位置に至る前記液体流路の内壁面に、前記液体吐出方向に延在する溝が形成されるのが好ましい。
また、前記保管時における前記液体の供給を、前記供給路および別途設定された液体供給手段の少なくとも一方で行うのが好ましい。
また、前記圧力調整手段は、前記供給路の途中に設けられるのが好ましい。
また、前記液体流路が前記ノズルであるのが好ましい。
さらに、前記液体が、インクであり、前記液滴が、インク液滴であり、前記液体吐出装置が、インクジェット記録ヘッドであるのが好ましい。
【００１０】
また、本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様の種々の液体吐出装置をインク液滴の吐出装置として用いることを特徴とするインクジェットプリンタを提供するものである。すなわち、本態様は、複数のノズルが形成された部材と、前記複数のノズルの各々に対応して形成され、前記ノズルからインク液滴を吐出する複数の吐出手段と、この複数の吐出手段にそれぞれインクを供給する複数の供給路とを有し、駆動時と保管時とで、前記ノズルおよびこのノズルに対応する供給路からなる液体流路において、下記式（１）を満足する２つの異なる位置（ｚ＝ｚ１およびｚ２）に液面位置を設定したインク液滴の吐出装置をインクジェット記録ヘッドとして備えることを特徴とするインクジェットプリンタを提供するものである。
｛２Ｔｃｏｓ（α（ｚ）＋β（ｚ））｝／ｒ（ｚ）＝Ｐａ−Ｐｌ…（１）
（ここで、ｚは前記液体流路における前記液面位置、Ｔは前記液体の表面張力、α（ｚ）は前記液体と前記液体流路の内壁面との接触角、β（ｚ）は前記液体流路の形状変化、ｒ（ｚ）は前記液体流路の半径、Ｐｌは前記液体の内圧を、Ｐａは大気圧を表す。）
【発明の効果】
【００１１】
本発明の第１の態様の液体吐出装置によれば、ノズルにインクが析出することによる、インク吐出量の低下やノズルの閉塞を長期にわたって防止して、長寿命なインクジェット記録ヘッドを実現することができる。
また、本発明の第２の態様のインクジェットプリンタによれば、本発明の第１の態様の液体吐出装置を利用したものであり、長寿命なインクジェットプリンタを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係る液体吐出装置およびこの液体吐出装置を用いる本発明に係るインクジェットプリンタを添付の図面に示す好適実施例に基づいて以下に詳細に説明する。
【００１３】
なお、以下の説明は、本発明の液体吐出装置を、ヒータによる加熱によってインクの核沸騰を発生し、その膨張力ならびに破裂力によってノズルからインクを吐出する、いわゆるサーマルインクジェットのインクジェット記録ヘッドに利用した実施例で行う。
【００１４】
しかしながら、本発明は、これに限定はされず、ノズルと、このノズルから液滴を吐出させる液体の吐出手段と、この液体の吐出手段およびノズルに液体を供給する供給路とを有するものであれば、インクジェット記録ヘッド以外にも、処理液塗工装置、スプレー塗工装置等に、好適に利用可能である。
液体の吐出手段も、ヒータのみならず、振動板と、振動板を振動させるＭＥＭ(Micro Erectronic Machine)やピエゾ素子等とを利用する手段等、各種の液体吐出手段が利用可能である。
【００１５】
また、図示例のように、本発明の液体吐出装置をインクジェット記録ヘッドに利用する際には、図示例のサーマルインクジェット以外にも、各種のインクジェット記録ヘッドに利用可能である。例えば、特開平５−５０６０１号、同１１−２０７９５６号、同１１−３０９８５０号等の各公報に開示されるような、ノズルが形成されたインク室を有し、かつ、このインク室の１壁面が振動板となっており、ＭＥＭやピエゾ素子等によって振動板を振動して、その振動エネルギによって、ノズルからインクを吐出させ、かつ、インク室にインクを流入させる方式のインクジェット記録ヘッドにも、好適に利用可能である。
【００１６】
さらに、図示例は、Ｓｉ基板面（ノズルへの液体供給方向）に対して略直交する方向にインクを吐出する、いわゆるトップシュータ型（フェイスインクジェット）のインクジェット記録ヘッドであるが、本発明は、これ以外にも、特開平１１−２６３０１４号公報等に開示されるような、Ｓｉ基板面と略平行にインクを吐出する、サイドシュータ型（エッジインクジェット）のインクジェット記録ヘッドでもよい。
【００１７】
また、本発明にかかるインクジェット記録ヘッドは、インクジェット記録用紙または受像紙（以下、総称して記録用紙という）の断続的な搬送に組み合わされて、キャリッジによってノズル列と直交する方向に走査される、キャリッジタイプのプリンタに対応する小型のインクジェット記録ヘッドであってもよく、あるいは、記録用紙の一辺の全域（あるいは、それを超える領域）に対応してノズル列が延在する、いわゆるラインヘッドであってもよい。
【００１８】
図１に、本発明に係るインクジェット記録ヘッドの一実施例の概略図を示す。図１において、（Ａ）は、インクジェット記録ヘッドをインクの吐出（飛翔）側から見た図（平面図）であり、（Ｂ）は、そのＩ−Ｉ線断面図である。
【００１９】
図１に示すインクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッドとする）１０は、一方向（図１（Ｂ）では紙面に垂直方向）に配列された多数のノズル２０を有し、かつ、このノズル２０の列（以下、ノズル列とする）を２列有することにより、記録密度の向上を図っている。
後述するが、図示例においては、ノズル２０は、Ｓｉ基板１４の上方（隔壁１５の上）に積層されるオリフィスプレート２２に形成される。
【００２０】
なお、本発明に係る記録ヘッド１０は、ノズル列を２列有するのに限定はされず、ノズル列は１列であってもよく、あるいは、３列以上のノズル列を有するものであってもよい。また、各ノズル列から吐出するインクの色およびその組み合わせも、任意である。
【００２１】
図示例の記録ヘッド１０は、半導体装置の製造技術を利用して、Ｓｉ基板１２に作製されたものであり、各ノズル２０に対応して形成されるインク吐出手段としてのヒータ３０（図２参照）や、このヒータ３０を駆動する駆動用ＬＳＩ１４等が、Ｓｉ基板１２に形成されている。
【００２２】
また、Ｓｉ基板１２には、各ヒータ３０（およびノズル２０）にインクを供給するためのインク溝１６、およびインク溝１６にインクを供給するインク供給孔１８が形成される。
インク溝１６は、ノズル列方向に延在して、Ｓｉ基板１２の表面（インク吐出側面）を掘り下げるように形成される。他方、インク供給孔１８は、裏面からインク溝１６に連通するようにＳｉ基板１２を貫通して、ノズル列方向に配列されて所定の間隔で複数が穿孔される。
【００２３】
Ｓｉ基板１２の上には、各ヒータ３０毎の個別のインク供給路を形成する隔壁１５が積層される。隔壁１５に関しては、後に詳述する。
この隔壁１５の上（Ｓｉ基板１２の上方）には、ノズル２０が形成（穿孔）されるオリフィスプレート２２が積層、貼着される。
なお、オリフィスプレート２２および隔壁１５の形成材料は、公知の材料が各種利用可能であり、例えば、ポリイミドが例示される。
【００２４】
このようなＳｉ基板（Ｓｉチップ）１２は、支持部材となるフレーム２４の所定位置に接着／固定（実装）され、さらに、このフレーム２４は、図示しないインクジェットプリンタのヘッドユニット（例えば、いわゆるカートリッジ等）の所定位置に装着される。
このフレーム２４およびヘッドユニットには、ヘッドユニットに装着されたインクタンクから、Ｓｉ基板１２に形成されたインク供給孔１８にインクを供給するためのインク供給路（フレーム２４では、インク流路２６）が形成される。
【００２５】
図２（Ａ）および（Ｂ）に、記録ヘッド１０のノズル２０近傍の概略断面図を示す。
前述のように、記録ヘッド１０においては、インクを吐出するためのヒータ３０がＳｉ基板１２に形成される。
また、前述のように、Ｓｉ基板１２の上には、各ヒータ３０（ノズル２０）への個別のインク供給路２８を形成する隔壁１５が積層される。図示例において、隔壁１５は、インク溝１６に対してノズル２０と逆側の全面覆う領域、すなわち図示例ではインク溝１６の前端を閉塞する前壁部１５ａと、隣接するノズル２０を隔離するべく、各ノズル２０の間においてこの前壁部１５ａからインク溝１６に向かって突出して形成される、各ヒータ３０（およびこれに対応するノズル２０）への個別のインク供給路２８を形成する横壁部１５ｂとを有する。
さらに、この隔壁１５の上には、ノズル２０（ノズル列）が形成されたオリフィスプレート２２が積層される。
【００２６】
このような記録ヘッド１０において、ヘッドユニットに装着されたインクタンクから所定の経路で供給されたインクは、フレーム２４のインク供給路２６を経て、Ｓｉ基板１２の裏面側からインク供給孔１８に供給され、Ｓｉ基板１２の表面に形成されたインク溝１６に導入される。
インク溝１６に供給されたインクは、隔壁１５の横壁部１５ｂによって各ヒータ３０毎に分離された個別のインク供給路２８に至り、駆動用ＬＳＩ１４による駆動の下、各ヒータ３０の加熱によって生じた核沸騰によって、対応するノズル２０からインク液滴２９として吐出される。
【００２７】
なお、このような構成を有する記録ヘッド１０については、特開平６−７１８８８号、同６−２９７７１４号、同７−２２７９６７号、同８−２０１１０号、同８−２０７２９１号、同１０−１６２４２号等の各公報に詳述されている。
【００２８】
ここで、図示例においては、ノズル２０は、直管（ストレート）状ではなく、好ましい態様として、インク吐出方向（インク移動（吐出）方向）の上流側（以下、下方とする）の直管領域２０ａと、この直管領域２０ａの上方（下流側）に形成される、上方に向かって漸次拡径する拡径領域２０ｂとを有する。
本発明の液体吐出装置は、駆動時と保管時とで、異なる位置に液面が設定される。図示例の記録ヘッド１０においては、駆動時は、図２（Ａ）に点線で示すように直管領域２０ａの上端部にインク液面が設定され、保管時は、図２（Ｂ）に点線で示すように拡径領域２０ｂの上端部にインク液面が設定される。
【００２９】
なお、本発明において、駆動時と保管時とは、例えば、インクジェットプリンタ（液体吐出装置）の電源がオン（ｏｎ）の時を駆動時とし、電源がオフ（ｏｆｆ）の時を保管時としてもよく、プリント動作中（複数枚の連続的なプリント作成におけるプリント間も含む）を駆動時として、それ以外を保管時としてもよい。また、駆動時と保管時とを、インクジェットプリンタの使用者が選択できるようにしてもよく、これらの方法を併用／選択できるようにしてもよい。
これらは、インクジェットプリンタに要求される性能（画質や寿命）、インクの特性（析出性等）、インクジェットプリンタに設置されるクリーニング手段等の性能等に応じて、適宜、決定すればよい。
【００３０】
前述のように、インクジェットプリンタでは、保管時にはノズルのキャッピングを行って、蒸発／凝集によるインク（固形成分）の析出でノズルが詰まることを防止している。しかしながら、キャッピングが不完全であったり、少量の閑散処理を頻繁に繰り返してノズル周辺にインクが残存してしまうと、ノズル周辺で析出したインクが堆積して、ノズルの詰まりが発生してしまう。
【００３１】
これに対し、本発明に係る記録ヘッド１０においては、保管時と駆動時とで異なる位置にインクの液面を設定する。そのため、仮に、保管時の液面でインクが析出しても、ノズル２０の吐出に大きく影響する吐出時液面の内壁にインクが析出することはなく、すなわち、ノズル２０の詰まりによるインク吐出量の変動等を好適に防止して、長寿命な記録ヘッド１０を実現できる。
【００３２】
また、図示例においては、好ましい態様として、保管時の液面位置の方が、駆動時の液面位置よりも大きい径を有する（管路のサイズが大きい）。このような構成とすることにより、保管時液面にインクが析出しても、ノズル２０の詰まりによるインク吐出量の変動やノズル２０の閉塞をより確実に防止できる。
特に、図示例のように、各液面におけるノズル２０の径の違いに加え、保管時液面を駆動時液面よりも上方に位置して、いわゆる液栓によってノズルをキャッピングする態様は、より好ましい。これにより、上記効果は一層顕著になり、しかも、駆動時の液面位置となる内壁は、常にインクで濡れているので、インクの吐出動作も安定する。
【００３３】
本発明において、保管時と駆動時とにおけるインク（液体）液面の制御方法には、特に限定はなく、各種の方法が利用可能である。一般的に、液体管路中における液面は、液体と管路内壁との接触角（濡れ性）、管の形状、および管路内にかかる圧力等に応じて決定されるので、これらを利用して、各種の方法で液面を制御すればよい。
【００３４】
例えば、ヘッドユニット（図７の符号１１０参照）に装着されたインクタンク（図７の符号１１２参照）からＳｉ基板１２に形成されたインク供給孔１８に至るまでのインク供給路の一部または途中にインクの圧力を調整する圧力調整手段（図７の符号１１１参照）を設けて、ノズル２０におけるインク液面を制御する方法等が例示される。すなわち、インクタンクからインク供給孔１８に至るまでのインク供給路の一部に、膨張性、収縮性または弾性を有する領域を設けると共に、この領域を押圧（あるいは拡張）する手段を設けて、押圧の有無でインクにかかる圧力（インク内圧）を調整し、インク液面を制御しても良い。
また、ヘッドユニットに装着されたインクタンクからヒータ３０に至るインク流路の途中に、インク流路に連通する閉空間のインク溜めを設置し、このインク溜めの容積の変更等によって、インクの圧力を調整し、インク液面を制御してもよい。
さらに、ヘッドユニットに装着されたインクタンクの高さを調整（例えば、高位置と低位置等）することにより、インク供給路内のインクの圧力を調整して、インク液面を調整する方法も好適である。
【００３５】
駆動時液面と保管時液面とで、内壁とインクとの接触角を変えて、インク液面の制御を行う方法も、好適である。例えば、図２に示される例において、ノズル２０の直管領域２０ａの内壁面を親水性（接触角小）とし、拡径領域２０ｂを疎水性（接触角大）とする方法が例示される。この際においては、さらに、ノズル列が形成されたオリフィスプレート２２の表面（すなわち、前記ノズル面）を、より疎水性にするのが好ましい。なお、接触角は、材料の選択、公知の親水化処理や疎水化処理によって調整すれば良い。
本発明においては、液面制御のために、このような圧力制御と接触角の選択等を併用するのは、より好ましい。
【００３６】
ところで、液面制御を行う際の圧力と接触角やノズル形状との関係を図３（Ａ）に模式的に示すノズルの右半分の断面を用いて説明する。
同図において、ノズル２０の中心線に平行にその下端から吐出方向にｚ軸を取り、ノズル２０の中心線から半径方向にｒ（半径）軸を取り、インク（液体）の表面張力をＴ、インク側の内圧をＰｌ、大気圧をＰａ、インクとノズル２０の内壁面との接触角をα（ｚ）、ノズル２０の形状変化をβ（ｚ）、ノズル２０の半径をｒ（ｚ）で表す時、下記式（２）および（３）が成り立つ。
｛２Ｔｃｏｓ（α（ｚ）＋β（ｚ））｝／ｒ（ｚ）＝Ｐｔ    …（２）
Ｐａ−Ｐｔ＝Ｐｌ                                      …（３）
ここで、Ｐｔは、インクの表面張力による見かけ上の圧力であり、大気圧とインク内圧との圧力差を表す。なお、ｚ軸の原点は、ノズル２０の下端（上流側の端部）であり、ｚの値は、ノズル２０の下端からの高さを表す。ちなみに、ｒ軸の原点は、ノズル２０の中心である。
【００３７】
従って、下記式（１）が成り立つ。
｛２Ｔｃｏｓ（α（ｚ）＋β（ｚ））｝／ｒ（ｚ）＝Ｐａ−Ｐｌ…（１）
この式（１）で求められる位置ｚで、インクの液面は落ち着こうとする
ここで、ｚ１が吐出時のインク液面の位置であり、ｚ２が保管時のインク液面の位置であるとすると、上記式（１）がｚ＝ｚ１と、ｚ＝ｚ２とで成り立つように、接触角α、形状変化βおよびインク内圧Ｐｌの組み合せを２種類設定しておけば良い。
例えば、図３（Ａ）に示すノズル２０の場合、ノズル２０の形状変化β（ｚ）のグラフは、図３（Ｂ）に、ノズル２０の半径ｒ（ｚ）のグラフは、図３（Ｃ）に、インク側の内圧Ｐｌ（ｚ）のグラフは、図３（Ｄ）に示される。
従って、図３（Ｄ）に示されるように、ｚ１およびｚ２において形成される２つの段差部において、インク液面は、上記式（１）を満たすので、安定化する。例えば、インク内圧Ｐｌが図３（Ｄ）に示すグラフより下側にある（負圧（絶対値）が大きい）時には、インク液面が移動して、インク内圧がｚ＝ｚ１における段差部において安定する。逆に、インク内圧Ｐｌが僅かな負圧の（絶対値が小さい）または正圧時には、インク液面が移動して、インク内圧がｚ＝ｚ２における段差部において安定する。
【００３８】
もちろん、上記式（２）および（１）に照らし、インクとノズル２０の内壁面との接触角α（ｚ）とノズル２０の形状変化β（ｚ）とは、同様の効果を有し、結果として、圧力差Ｐｔが図３（Ｄ）に示す段差部内に入れば、そこで圧力保持が可能である。従って、本発明においては、接触角αおよび形状変化βのいずれに依存した構成としても良いし、両者に依存する構成としても良い。
また、インク内圧Ｐｌに対して、接触角α（ｚ）または形状変化β（ｚ）を吐出時位置ｚ１と保管時位置ｚ２とでそれぞれ設定しても良いし、接触角α（ｚ）および形状変化β（ｚ）に対して、インク内圧Ｐｌを吐出時位置ｚ１と保管時位置ｚ２とで調整しても良い。
【００３９】
また、図示例のように、保管時の方が駆動時よりも液面が上方に位置する場合には、図２（Ｃ）の平面図に示されるように、ノズル２０の内壁に、駆動時の液面から保管時の液面に向かって延在するような、溝２０ｃを形成するのが好ましい。
このような構成とすることにより、駆動時と保管時との間におけるインク液面の移動を、より円滑かつ確実に行うことができ、すなわち、駆動時と保管時におけるインク液面の制御を、より好適に行うことができる。
【００４０】
また、同様に保管時の液面の方が駆動時よりも上方に位置する場合には、ノズル２０へのインク供給手段を設定してもよい。
例えば、図４（Ａ）および（Ｂ）に示されるように、オリフィスプレート２２の表面にノズル２０に連通する供給溝３２を形成し、保管時には、この供給溝３２からインクを供給してもよい。この際には、保管時のインク液面は、ノズル２０の上端でもよく、ノズル２０が完全にインクに沈む位置に保管時の液面を設定してもよい。
あるいは、後述するように、インクジェットプリンタのキャップ１３２をインク供給手段としてもよい。
【００４１】
図示例の記録ヘッド１０においては、ノズル２０は、直管領域２０ａと拡径領域２０ｂとを有しているが、本発明は、これに限定はされず、例えばノズルは、拡径領域のない直管のみからなるものであっても良いし、直管領域を有さない、下端から上端まで上方に向かって漸次拡径する形状であってもよい。
あるいは、逆に、図５（Ａ）のノズル３４に示すように、ノズル形状を、上方に向かって漸次縮径する形状とし、例えば、実線で示すようにノズル３４の上端部に駆動時のインク液面を設定し、点線で示すように、それよりも下方（すなわち、駆動時液面よりも上流側の径の広い部分）に保管時のインク液面を設定するのも、好ましい。また、この実施例においては、ノズル３４の内壁は、保管時の液面よりも上方は疎水性（接触角αを大）にし、それよりも下方は親水性（接触角αを小）にするのが好ましい。この場合に、オリフィスプレート２２の外表面のノズル３４の周辺領域を、ノズル３４の内壁の上方領域よりも、さらに疎水性にしておくのが好ましい。なお、ノズル３４の内壁の親水性にする下方領域は、直菅領域としてもよい。
また、ノズルの拡径領域および縮径領域は、共に、図示例のような直線状に限定はされず、例えば、図５（Ｂ）および（Ｃ）に示されるような湾曲形状であってもよく、あるいは、図５（Ｄ）および（Ｅ）に示されるような段を有する形状であってもよい。
【００４２】
さらに、本発明にかかる記録ヘッドにおいては、図２や図５に示される例のように、保管時と駆動時とで液面位置の径（流路管のサイズ）が異なるのに限定はされず、両液面の径を同じにしてもよい。
例えば、図６のノズル３６に示されるように、ノズル形状を直管状にして、実線で示す管の上端と点線で示す管の途中とに液面を設定してもよい。あるいは、管の途中と管の下端、もしくは、管の途中２箇所に液面を設定してもよい。
この構成においては、上下のいずれの液面位置が保管時液面でも駆動時液面でもよいが、好ましくは、ノズル３６の内壁面は、下方の液面よりも下は親水性（接触角αを小）にし、同液面よりも上は疎水性（接触角αを大）にするのが好ましく、より好ましくは、さらにオリフィスプレート２２の表面を、より疎水性（接触角αを大）にする。これにより、インクの析出をより好適に抑制して、記録ヘッドの長寿命化を図ることができる。
【００４３】
このような記録ヘッド１０は、公知の方法で製造すればよい。
例えば、半導体装置の製造技術を利用して、Ｓｉウエハ（Ｓｉ基板１２）に、多数の記録ヘッド１０に対応して、ヒータ３０や駆動用ＬＳＩ１４、インク溝１６やインク供給孔１８、隔壁１５等を形成する。次いで、ノズル２０を形成していないオリフィスプレート２２を積層／貼着し、フォトリソグラフィーによって各記録ヘッド１０に対応してノズル２０を形成して、記録ヘッド１０となる多数のＳｉチップを完成する。
その後、Ｓｉウエハをダイシングして各チップを切り出し、さらに、個々の記録ヘッド１０毎に、フレーム２４の所定位置に実装し、結線等を行う。
【００４４】
図７に、本発明の記録ヘッド１０を用いる、本発明のインクジェットプリンタの一例を示す。なお、図７において、（Ａ）は、このインクジェットプリンタの構成を示すノズル列方向から見た概念図（側面図）であり、（Ｂ）は、このインクジェットプリンタを斜め方向から見た際の概念図（斜視図）である。
図７に示されるインクジェットプリンタ（以下、プリンタとする）８０は、対応する記録用紙Ｐの一方向を超えて延在するノズル列を有する、ラインヘッドを記録ヘッド１０として用いるものである。このプリンタ８０は、本発明にかかる記録ヘッド１０を用いる以外は、基本的に、公知のインクジェットプリンタである。
【００４５】
図７に示すプリンタ８０は、本発明の記録ヘッド１０を用いる記録部８２、給紙部８４、プレヒート部８６、排出部８８（図７（Ｂ）では省略）、およびメンテナンスユニット９０を有する。
【００４６】
給紙部８４は、搬送ローラ対９２および９４と、ガイド９６および９８とを有するもので、記録用紙Ｐは、給紙部８４によって、横方向から上方に搬送され、プレヒート部８６に供給される。
【００４７】
プレヒート部８６は、３本のローラおよびエンドレスベルトからなるコンベア１００と、コンベア１００の外方からエンドレスベルトに押圧される圧着ローラ１０２と、コンベア１００の内方から圧着ローラ１０２（エンドレスベルト）に押圧されるヒータ１０４と、プレヒート部８６内（ハウジング８６ａ内）を排気する排気ファン１０６とを有する。
このようなプレヒート部８６は、インクジェットによる画像の記録に先立ち、記録用紙Ｐを加熱することで、インクの乾燥を促進するためのものであって、給紙部８４から搬送された記録用紙Ｐは、コンベア１００と圧着ローラ１０２とによって挟持搬送されつつ、ヒータ１０４によって加熱され、記録部８２に搬送される。
【００４８】
記録部８２は、本発明に係る記録ヘッド１０が実装されたヘッドユニット１１０と、記録搬送手段１０８とを有する。また、ヘッドユニット１１０には、インクタンク１１２（１１２Ｙ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，および１１２Ｂ）が、装着され、各インクタンク１１２とヘッドユニット１１０との間には、本発明に用いられるインクの圧力を調整する圧力調整手段１１１が設けられる。
記録搬送手段１０８は、ローラ１１４ａ，１１４ｂおよび吸着ローラ１１６，ならびに多孔エンドレスベルト１１８からなるコンベア１２０と、多孔エンドレスベルト１１８（ローラ１１４ａ）に押圧されるニップローラ１２２（図７（Ｂ）では省略）と、コンベア１２０内に配置される吸着箱１２４とを有する。
【００４９】
記録ヘッド１０は、ノズル２０を吸着ローラ１１６に向けてヘッドユニット１１０の下端（図中下方の記録用紙Ｐ側）に装着される。また、記録搬送手段１０８は、ノズル列方向と直交する方向に、所定速度で連続的に記録用紙Ｐを搬送する。従って、プレヒート部８０から供給された記録用紙Ｐは、ラインヘッドである記録ヘッド１０のノズル列で全面を走査され、画像が記録される。なお、画像記録時においては、本発明に係る記録ヘッド１０のノズル２０のインク液面位置は、例えば、上述の圧力調整手段１１１によるインク内圧の調整によって予め設定されている吐出時のインク液面の位置に保持される。
また、コンベア１２０は、多孔エンドレスベルト１１８で構成され、さらに吸着ローラ１１６および吸着箱１２４を有する。そのため、記録用紙Ｐは、多孔エンドレスベルト１１８に吸着された状態で搬送され、記録ヘッド１０に対して、適正に所定位置に保たれた状態で画像が記録される。
【００５０】
画像を記録された記録用紙Ｐは、排出部８８に供給され、搬送ローラ対１２６および排出ローラ１２８によって搬送されて、例えば、図示しない排出トレイに排出される。
【００５１】
メンテナンスユニット９０は、プリンタ８０の電源がオフ（ｏｆｆ）された際等に、記録ヘッド１０の清掃およびキャッピングを行うもので、図８に概念的に示されるように、ワイパー１３０とキャップ１３２とを有する。
なお、図８において、（Ａ）はメンテナンスユニット９０をノズル列方向から見た図（側面図）、（Ｂ）はノズル列方向と直交する方向から見た図（正面図）である。
【００５２】
図示例のプリンタ８０において、コンベア１２０、ニップローラ１２２、吸着箱１２４および搬送ローラ対１２６は、一体的にユニット化されている。このユニットは、公知の方法で、コンベア１２０のローラ１１４ａの回転軸を中心に９０°回転して（図中矢印ａ）、ユニット化されたコンベア１２０等を図７（Ａ）中に点線で示す位置に移動可能に構成される。
また、メンテナンスユニット９０は、ヘッドユニット１１０の下方に位置しており、公知の方法で、昇降可能に構成される（図中矢印ｂ）。
【００５３】
プリンタ８０の電源がオフ（ｏｆｆ）されると、まず、コンベア１２０等の前記ユニットを前記点線位置に移動する。
次いで、図８（Ａ）および（Ｂ）に示されるように、待機位置（図７（Ａ）参照）に位置するメンテナンスユニット９０を所定の位置（点線で示す位置）まで上昇させて、さらにワイパー１３０のみをさらに上昇させて、記録ヘッド１０のノズル列方向に移動させて、ノズル２０の清掃を行う（図８（Ｂ）点線参照）。
なお、プリンタ８０においては、電源オフ（ｏｆｆ）時に限らず、必要に応じて記録ヘッド１０の清掃を行ってもよい。
【００５４】
清掃を終了したら、ワイパー１３０を降下させ、次いで、キャップ１３２を上昇させて、ノズル列を完全に覆った状態でオリフィスプレート２２の表面に当接させる（図８（Ｂ）では点線で示す）。これにより、オリフィスプレート２２の表面を気密に閉塞して、全てのノズル２０をキャッピングする。また、キャップ１３２には、サクションポンプが接続されており、必要に応じて、キャップ１３２内を吸引する。
本発明に係る記録ヘッド１０においては、これで待機（保管）時となり、例えば、前述の圧力調整手段１１１によるインク供給路の圧力調整によって、図２（Ｂ）に示されるようにインク液面を待機（保管）時の液面まで上昇させる。
【００５５】
なお、本発明の記録ヘッド１０においては、待機（保管）時の方が上方（下流側）にインク液面が設定される場合には、待機（保管）時におけるノズル２０へのインク供給手段を設定してもよいのは、前述のとおりであり、このキャップ１３２を、インクの供給手段として利用してもよい。
例えば、図８に示されるように、キャップ１３２に、キャップ内部にインクを供給する供給管１３４を接続し、前記吸引等を終了したら、この供給管１３４からキャップ１３２内にインクを供給して、内部をインクで満たし、待機（保管）時の状態としてもよい。この態様においては、前記圧力等を利用する液面制御は不要である。また、キャップ１３２内の吸引管とインク供給管とを併用してもよい。
【００５６】
本発明のインクジェットプリンタは、上述の例に限定はされず、公知のインクジェットプリンタが、各種利用可能である。例えば、前述の記録用紙を断続的に搬送すると共に、キャリッジによって記録ヘッド（ヘッドユニット）を走査するキャリッジタイプのプリンタであってもよく、また、記録用紙を自動的に供給するフィーダ等を有していてもよい。
【００５７】
以上、本発明の液体吐出装置、およびインクジェットプリンタについて詳細に説明したが、本発明は、上記実施例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。
例えば、図示例においては、インク液滴を吐出するノズルの途中に駆動時および保管時におけるインク液面を設定しているが、本発明はこれに限定はされず、保管時の液面をノズルよりも上流のインク供給路に設定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係るインクジェット記録ヘッドの一実施例の概略図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。
【図２】（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ図１（Ｂ）の部分拡大断面図であり、（Ｃ）は、本発明に係るインクジェット記録ヘッドの別の実施例の概略平面図である。
【図３】（Ａ）は、図１に示すインクジェット記録ヘッドのノズルの液面制御を行う際の圧力と接触角やノズル形状との関係を説明するためのノズルの右半分の断面による説明図であり、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）は、それぞれ（Ａ）に示すノズルの形状変化のグラフ、半径のグラフおよびインク側の内圧のグラフである。
【図４】本発明のインクジェット記録ヘッドの別の実施例の概略図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のII−II線断面図である。
【図５】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）および（Ｅ）は、それぞれ本発明のインクジェット記録ヘッドの別の実施例のノズル形状を示す概略図である。
【図６】本発明のインクジェット記録ヘッドの別の実施例のノズル形状を示す概略図である。
【図７】本発明のインクジェットプリンタの一実施例の概念図で、（Ａ）は側面図を、（Ｂ）は斜視図を、それぞれ示す。
【図８】図７に示されるインクジェットプリンタのメンテナンスユニットの概念図で、（Ａ）は側面図を、（Ｂ）は正面図を、それぞれ示す。
【図９】従来のインクジェットプリンタにおけるキャッピングの一例を示す概念図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０  （インクジェット）記録ヘッド
１２  Ｓｉ基板
１４  駆動用ＬＳＩ
１６  インク溝
１８  インク供給孔
２０，３４，３６  ノズル
２２  オリフィスプレート
２４  フレーム
２８  個別のインク供給路
３０  ヒータ
３２  溝
８０  （インクジェット）プリンタ
８２  記録部
８４  供給部
８６  プレヒート部
８８  排出部
９０  メンテナンスユニット
９６，９８  ガイド
９２，９４，１２６  搬送ローラ対
１００，１２０  コンベア
１０２  圧着ローラ
１０４  ヒータ
１０６  排気ファン
１０８  記録搬送手段
１１０  ヘッドユニット
１１２  インクタンク
１１４ａ，１１４ｂ  ローラ
１１６  吸引ローラ
１１８  多孔エンドレスベルト
１２２  ニップローラ
１２４  吸引箱
１２８  排出ローラ対
１３０  ワイパ
１３２  キャップ
１３４  インク供給管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006076312.tif 000008
【図７】
2006076312.tif 000009
【図８】
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【図９】
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