(57)【要約】【課題】サーモメカニカルアクチュエータを用いた記録ヘッドの個別液室内のインクの澱みないし残留気泡を解消させ、良好な吐出を継続する。【解決手段】第１個別液室Ｈ２２０におけるカンチレバー状要素の固定部位近傍に、個別液室の上下方向の範囲全体に亘って個別液室開口用溝Ｈ２７０を設ける。この個別液室開口用溝Ｈ２７０を介した、個別液室上方から下方にカンチレバー状要素Ｈ２３０を越える流れの流抵抗は、他の小さい隙間を介して流れるときの流抵抗より、十分に小さいものとなる。これにより、吐出ごとに生じる共通液室（不図示）から各個別液室におけるカンチレバー状要素Ｈ２３０の下側へのインクの流れは、ほぼ２箇所の個別液室開口Ｈ２７０を介したものとなる。その結果、第１個別液室Ｈ２２０内における澱みが解消され、気泡が滞留し難くなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出するための記録ヘッドにおいて、
屈曲動作をすることによってインクの吐出圧力を生じさせる、自由端および固定端を有したカンチレバー状要素と、
該カンチレバー状要素がその屈曲動作が行われるよう設けられた液室であって、前記屈曲動作によるインク吐出方向と垂直な当該カンチレバー状要素の面を含む面によって上部室および吐出口を有した下部室に分けられる液室と、を具え、
前記カンチレバー状要素の固定端近傍に、前記上部室と前記下部室とを連通する連通口が設けられ、該連通口以外では、前記上部室と前記下部室とは、前記連通口よりインク流の抵抗が大きい隙間によって連通することを特徴とする記録ヘッド。
【請求項２】
前記連通口は、前記カンチレバー状要素の固定端近傍の前記液室の内壁と、前記カンチレバー状要素外周との間に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。
【請求項３】
前記連通口は、前記カンチレバー状要素の固定端近傍に設けられた、当該カンチレバー状要素を貫通する穴であることを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。
【請求項４】
前記穴は、円形であることを特徴とする請求項３に記載の記録ヘッド。
【請求項５】
前記穴は、三角形であることを特徴とする請求項３に記載の記録ヘッド。
【請求項６】
前記連通口は、前記カンチレバー状要素の固定端近傍の前記液室の内壁と、前記カンチレバー状要素外周との間に形成されるとともに、前記カンチレバー状要素の固定端近傍に設けられる、当該カンチレバー状要素を貫通する穴として形成されることを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。
【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に関し、詳しくは、いわゆるサーモメカニカルアクチュエータによってインク吐出を行う記録ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プリンターなどに使用されるインクジェットの方式には、電気抵抗ヒータにより記録液内に発泡させて記録滴を吐出するサーマルジェット方式、記録液を機械的に加圧する圧電方式などが実用化されている。これらに対して、サーマルジェット方式の半導体製造方法による低コストと、圧電方式の記録液の自由度が高いという両方の利点を合わせ持ったサーモメカニカルアクチュエータを用いてインクを吐出するものが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
サーモメカニカルアクチュエータは、熱膨張率の異なる複数の層で構成されるカンチレバー状要素を有するものである。そして、カンチレバー状要素の各層に流す電流を制御しそれによる熱膨張の違いを利用してレバー要素を屈曲させ、インクの吐出圧力を生じさせるものである。
【０００４】
カンチレバー状要素は、その形状などについて様々なものが提案されており、その一例として、レバー要素を先細形状にしたものが知られている。これにより、吐出エネルギー効率の改善を図ることができる（特許文献２参照）。
【０００５】
図６（ａ）〜（ｄ）は、一従来例に係るサーモメカニカルアクチュエータを用いた記録ヘッドの吐出部構造および吐出動作を示す図である。図６（ａ）は、記録ヘッドに配列する複数の吐出部それぞれに連通してインクを供給する共通液室Ｈ１６０と１つの吐出口部Ｈ１１１を側方から見た断面図である。また、図６（ｂ）は、上記１つの吐出口部Ｈ１１１を吐出口側から見た図であり、吐出口を形成する部材などを取り除いて示している。
【０００６】
これらの図に示すように、吐出口部Ｈ１１１は、内部が互いに連通した第１個別液室Ｈ２２０と第２個別液室Ｈ２２１の２室を有し、それぞれが共通液室Ｈ１６０と接している。カンチレバー状要素Ｈ２３０は、その片端が第１個別液室Ｈ２２０の内壁面に固定されるとともに、第１個別液室Ｈ２２０および第２個別液室Ｈ２２１の内部に延在するよう、カンチレバー形態で設けられる。図６（ｂ）に明らかなように、共通液室から見たとき、第１個別液室Ｈ２２０は四角形、第２個別液室Ｈ２２１は円形のそれぞれ断面形状を有している。第２個別液室Ｈ２２１には、カンチレバー状要素Ｈ２３０に関して共通液室Ｈ１６０とは反対側に吐出口Ｈ２４０（図６（ｂ）では一点鎖線で示される）が設けられる。
【０００７】
カンチレバー状要素Ｈ２３０は、大きな熱膨張率を有する第１デフレクタ層Ｈ２３１、第２デフレクタ層Ｈ２３２と、第１デフレクタ層Ｈ２３１と第２デフレクタ層Ｈ２３２に挟まれた低熱伝導率で熱膨張のより小さい材料でなる障壁層Ｈ２３３の３層構成である。
【０００８】
カンチレバー状要素Ｈ２３０の平面形状は、図６（ｂ）に示すように、第１個別液室Ｈ２２０内に存する部位は台形で、第１個別液室Ｈ２２０の内壁面に固定される側に向かって広がっている。また、第２個別液室Ｈ２２１内に存する部位は円形である。また、第１デフレクタ層Ｈ２３１、第２デフレクタ層Ｈ２３２は、それぞれ電気的に導通する配線部Ｈ２５０と第１個別液室Ｈ２２０の外部で電気的に接続している。これにより、インク吐出を行なう際は、第１デフレクタ層Ｈ２３１および第２デフレクタ層Ｈ２３２吐出に必要な電気パルスを通電することができる。
【０００９】
上述したように、カンチレバー状要素Ｈ２３０は、大きな熱膨張率を有する第１デフレクタ層Ｈ２３１および第２デフレクタ層Ｈ２３２と、それらの間に挟まれた低熱伝導率で熱膨張の小さい材料でなる障壁層Ｈ２３３からなる３層構成である。従って、第１デフレクタ層Ｈ２３１または第２デフレクタ層Ｈ２３２に電気パルスを加えると、第１デフレクタ層Ｈ２３１または第２デフレクタ層Ｈ２３２は発熱し、この発熱に伴い膨張しようとする。その際、第１デフレクタ層Ｈ２３１または第２デフレクタ層Ｈ２３２は、熱によってあまり膨張しない障壁層Ｈ２３３と密着しているため、障壁層Ｈ２３３側に屈曲する。この屈曲動作によって第２個別液室Ｈ２２１内のインクに圧力が加わり、インクが吐出される。
【００１０】
さらに具体的には、通常（吐出しない状態）状態では、カンチレバー状要素Ｈ２３０は、図６（ａ）に示すように水平に保たれている。
【００１１】
この状態から、第２デフレクタ層Ｈ２３２に所定の電気パルスを加えることにより、第２デフレクタ層Ｈ２３２は発熱し、熱膨張する。その際、障壁層Ｈ２３３は、熱による膨張が小さいため第２デフレクタ層の膨張を抑制する方向に作用する。その結果、カンチレバー状要素Ｈ２３０は、吐出口Ｈ２４０から離れる方向に屈曲する（図６（ｃ）の状態）。その動作により、吐出口Ｈ２４０近傍のインクは、同図中上方に向かって移動し、吐出口Ｈ２４０近傍にメニスカスを形成する。これにより、次に行なう吐出動作における良好なインク滴の形成に備えることができる。
【００１２】
その後、第２デフレクタ層Ｈ２３２が徐々に冷却する。これとともに、第１デフレクタ層Ｈ２３１に所定の電気パルスを加えることによって、上記作用と同様にして、カンチレバー状要素Ｈ２３０は、上記とは逆の吐出口Ｈ２４０に向かう方向に屈曲する（図６（ｄ）の状態）。その動作により、第２個別液室Ｈ２２１内のインクは、圧力を受け、吐出口Ｈ２４０からインク滴が吐出される。
【００１３】
さらにその後、第１デフレクタ層Ｈ２３１が冷却することにより、カンチレバー状要素Ｈ２３０は、もとの水平状態にもどる（図６（ａ）の状態）。以上の動作を繰り返すことにより、連続的な吐出を行うことができる。
【００１４】
なお、図６（ｂ）において、Ｈ２６１、Ｈ２６２、Ｈ２６３、Ｈ２６４は、第１、第２デフレクタ層に電気パルスを加えるための配線Ｈ２５１、Ｈ２５２、Ｈ２５３、Ｈ２５４とそれぞれ接続するためのコネクタ部である。例えば、配線Ｈ２５１、コネクタ部Ｈ２６１および配線Ｈ２５２、コネクタ部Ｈ２６２は、第１デフレクタ層に接続する。また、配線Ｈ２５３、コネクタ部Ｈ２６３、および配線Ｈ２５４、コネクタ部Ｈ２６４は、第２デフレクタ層に接続して、各デフレクタ層それぞれに所望の電気パルスを加える構成となっている。
【００１５】
以上説明したサーモメカニカルアクチュエータの吐出動作において、第２個別液室Ｈ２２１内のインクは減少する。この減少分は、第２個別液室上方の共通液室Ｈ１６０から直接でなく、第１個別液室Ｈ２２０側から補充される。これは、第２個別液室Ｈ２２１の断面形状とカンチレバー状要素Ｈ２３０の形状が同じでわずかな隙間しかなく、第２個別液室Ｈ２２１ではその上下方向においてカンチレバー状要素を越える流れの流抵抗が大きいからである。
【００１６】
そして、このように第１個別液室Ｈ２２０側から補充されるとき、インクが流入しやすい、すなわち、第１個別液室Ｈ２２０の中でも、第２個別液室Ｈ２２１に最も近い場所からインクが補充される。そのインクの流れは、図６（ｂ）に示す矢印Ａ３、Ａ４のように、第１個別液室Ｈ２２０の上方からカンチレバー状要素Ｈ２３０を越えて第２個別液室の下方に流れ込む。
【００１７】
【特許文献１】特開２００４−１６０６５０号公報
【特許文献２】特開２０００−０８２７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、従来例では、第１および第２個別液室で、吐出ごとに生じるインクの流れが、図６（ｂ）の矢印Ａ３、Ａ４で示すものであるため、第１個別液室Ｈ２２０の、第２個別液室Ｈ２２１から遠い部分にあるインクは、ほとんど流動せず澱んだ状態となる。また、この部分はカンチレバー状要素の屈曲動作が直接インクに流動を起こす場所から遠い場所にある。この点からもインクが澱み易い。このため、この部分に吐出動作などによって生じた気泡が溜まり易くなる。この滞留気泡がある量をこえると、気泡は第２個別液室Ｈ２２１に及び、吐出時にその気泡を吐出口Ｈ２４０に抱き込んで吐出不良を引き起こすことがある。
【００１９】
通常、液室内の残留気泡は、吐出口を介したインク吸引による回復動作によって除去される。ところが、気泡がたまり、かつその部分が澱む液室の構造では、回復動作によっても気泡の除去が困難となり、吐出不良が発生する場合がある。
【００２０】
本発明の目的は、個別液室内のインクの澱みないし残留気泡を解消させ、良好な吐出を継続できるインクジェット記録ヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
そのために本発明では、インクを吐出するための記録ヘッドにおいて、屈曲動作をすることによってインクの吐出圧力を生じさせる、自由端および固定端を有したカンチレバー状要素と、該カンチレバー状要素がその屈曲動作が行われるよう設けられた液室であって、前記屈曲動作によるインク吐出方向と垂直な当該カンチレバー状要素の面を含む面によって上部室および吐出口を有した下部室に分けられる液室と、を具え、前記カンチレバー状要素の固定端近傍に、前記上部室と前記下部室とを連通する連通口が設けられ、該連通口以外では、前記上部室と前記下部室とは、前記連通口よりインク流の抵抗が大きい隙間によって連通することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
以上の構成によれば、連通口を介して液室の上方から下方にカンチレバー状要素を越える流れの流抵抗は、他の小さい隙間を介して流れるときの流抵抗より十分に小さいものとなる。これにより、インク吐出ごとに生じる、液室の上部からカンチレバー状要素の下側へのインクの流れは、ほぼ連通口を介したものとなる。その結果、澱みを生じやすい部分にインクの流れが生じるので、液室内における澱みが解消され、気泡が滞留し難くなる。すなわち、吐出ごとのインクの補充や回復動作によるインクの流れによって、液室内のインクは全体的に吐出口側へ移動し易くなる。従って、個別液室内に気泡が発生したとしても、吐出に悪影響を及ぼすほど残留、蓄積することなく、スムーズに排出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。 
（実施形態１）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るサーモメカニカルアクチュエータ方式による吐出部の構造を示す図であり、吐出部を吐出口側から見た図である。なお、同図では、吐出口や液室を形成する部材を除いて示している。本実施形態の吐出部の構造は、カンチレバー状要素を始めてとして図６（ａ）に示したものと、以下で説明する構造を除いて同じである。
【００２４】
図１に示すように、本実施形態のカンチレバー状要素Ｈ２３０は、その平面形状が台形と円形とで構成されている。そして、本実施形態の２つの個別液室の断面形状は、ほぼカンチレバー状要素Ｈ２３０の外形と微小な間隙を持つ相似形である。
【００２５】
しかし、第１個別液室Ｈ２２０の、カンチレバー状要素Ｈ２３０が固定されている部位の近傍では、その断面形状が、カンチレバー状要素Ｈ２３０との間隙が大きくなっている。すなわち、第１個別液室Ｈ２２０におけるカンチレバー状要素の固定部位近傍に、個別液室の上下方向（インクを吐出する方向）の範囲全体に亘って個別液室開口用溝Ｈ２７０を設ける。この個別液室開口用溝Ｈ２７０を介した、個別液室上方から下方にカンチレバー状要素Ｈ２３０を越える流れの流抵抗は、他の小さい隙間を介して流れるときの流抵抗より、十分に小さいものとなる。
【００２６】
これにより、吐出ごとに生じる共通液室（不図示）から各個別液室におけるカンチレバー状要素Ｈ２３０の下側へのインクの流れは、ほぼ２箇所の個別液室開口Ｈ２７０を介したものとなる。すなわち、図１において、矢印Ａ５、Ａ６、Ａ７、Ａ８で示される流れとなる。その結果、澱みを生じやすい部分にインクの流れが生じるので、第１個別液室Ｈ２２０内における澱みが解消され、気泡が滞留し難くなる。すなわち、吐出ごとのインクの補充や回復動作によるインクの流れによって、第１個別液室Ｈ２２０内のインクは全体的に第２個別液室Ｈ２２１に移動し易くなる。従って、個別液室内に気泡が発生したとしても、吐出に悪影響を及ぼすほど残留、蓄積することなく、スムーズに排出することができる。
【００２７】
なお、カンチレバー状要素Ｈ２３０の、第１個別液室に対応する形状が台形であることも、第２個別液室Ｈ２２１へのインクの流入がスムーズに行なわれることに寄与している。
【００２８】
（実施形態２）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る吐出部の構造を示し、図１と同様の図である。以下では、主に図１に示す第１の実施形態と異なる吐出部の構造について説明する。
【００２９】
図２に示すように、本実施形態の個別液室の断面形状は、全体に亘ってカンチレバー状要素Ｈ２３０の外形と微小な間隙を持った形状である。一方、カンチレバー状要素Ｈ２３０には、カンチレバー状要素Ｈ２３０が固定されている第１個別液室Ｈ２２０内壁に近い側に、貫通した円形の開口Ｈ２７１が設けられている。個別液室とカンチレバー状要素Ｈ２３０との微小な間隙と、円形開口Ｈ２７１の流抵抗の関係は、微小な間隙を通過する際の流抵抗が、円形開口Ｈ２７１を通過する際の流抵抗に比べて、十分に大きい関係にある。
【００３０】
この形状の個別液室およびカンチレバー状要素とすることによって、吐出後に生じる共通液室（不図示）から個別液室へのインクの流入はほぼ円形開口Ｈ２７１を介したものとなり、図中矢印Ａ９、Ａ１０、Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４で示される流れとなる。
【００３１】
図３は、このインク流れを図２のＷ−Ｗ線断面で示す図である。図３に示すように、共通液室Ｈ１６０もしくは第１および第２個別液室の上方からのインクの流入は、矢印Ａ２１、Ａ２２となる。すなわち、このとき生じるインクの流れは、カンチレバー状要素Ｈ２３０の上方における、開口Ｈ２７１の上方だけでなく、共通液室全体もしくは第１個別液室Ｈ２２０や第２個別液室Ｈ２２１の全体から開口Ｈ２７１に向かう流れとなる。これにより、個別液室内にインクが澱む場所が形成され難くなる。また、開口Ｈ２７１の上方は、特に、カンチレバー状要素の屈曲動作がなされる場所から遠い場所であり、この場所にインク流動を生じさせることによって、個別液室全体にインクの流れを生じさせ易くなる。
【００３２】
この結果、第１個別液室Ｈ２２０内における澱みが解消され、気泡が滞留し難くなる。すなわち、吐出ごとのインクの補充や回復動作によるインクの流れによって、第１個別液室Ｈ２２０内のインクは全体的に第２個別液室Ｈ２２１に移動し易くなる。従って、個別液室内に気泡が発生したとしても、吐出に悪影響を及ぼすほど残留、蓄積することなく、スムーズに排出することができる。
【００３３】
また、共通液室からのインクの流入部をカンチレバー状要素Ｈ２３０に設けた開口とすることにより、個別液室の形状を簡略化でき、製造上の負荷を低減することができる。また、開口が円形であるため、屈曲するカンチレバー状要素Ｈ２３０の応力を分散することができ、耐久性の向上が可能となる。
【００３４】
（実施形態３）
図４は、本発明の第３の実施形態に係る吐出部の構造を示し、図１と同様の図である。以下では、主に図１に示す第１の実施形態と異なる吐出部の構造について説明する。
【００３５】
図４に示すように、本実施形態の個別液室の断面形状は、全体に亘ってカンチレバー状要素Ｈ２３０の外形と微小な間隙を持った形状である。一方、カンチレバー状要素Ｈ２３０には、カンチレバー状要素Ｈ２３０が固定されている第１個別液室Ｈ２２０内壁に近い側に、貫通した三角形の開口Ｈ２７２が設けられている。個別液室とカンチレバー状要素Ｈ２３０との微小な間隙と、三角形開口Ｈ２７２の流抵抗の関係は、微小な間隙を通過する際の流抵抗が、三角形開口Ｈ２７２を通過する際の流抵抗に比べて、十分に大きい関係にある。
【００３６】
この形状の個別液室およびカンチレバー状要素とすることによって、吐出後に生じる共通液室（不図示）から個別液室へのインクの流入は、ほぼ三角形開口Ｈ２７２を介したものとなる。これにより、図中矢印Ａ１５、Ａ１６、Ａ１７、Ａ１８、Ａ１９、Ａ２０で示される流れ方向となる。その結果、第１個別液室Ｈ２２０内における澱みが解消され、気泡が滞留し難くなる。すなわち、吐出ごとのインクの補充や回復動作によるインクの流れによって、第１個別液室Ｈ２２０内のインクは全体的に第２個別液室Ｈ２２１に移動し易くなる。従って、個別液室内に気泡が発生したとしても、吐出に悪影響を及ぼすほど残留、蓄積することなく、スムーズに排出することができる。
【００３７】
また、共通液室からのインクの流入部をカンチレバー状要素Ｈ２３０に設けた三角形の開口とすることにより、個別液室の形状を簡略化でき、製造上の負荷を低減することができる。また、開口が三角形であるため、三角形の頂点側で流入しづらく、三角形の底辺側で流入しやすく、さらにカンチレバー状要素Ｈ２３０の根元側から個別液室へインクが流入するようになり、個別液室内の澱み解消に効果的である。
【００３８】
（実施形態４）
図５は、本発明の第４の実施形態に係る吐出部の構造を示し、図１と同様の図である。本実施形態の吐出部は、上述の実施形態１と実施形態２を組み合わせた構造である。
【００３９】
すなわち、個別液室は、カンチレバー状要素Ｈ２３０の固定部近傍を除いて、カンチレバー状要素Ｈ２３０の外形と微小な間隙を持った断面形状である。そして、固定部近傍のカンチレバー状要素Ｈ２３０の両側に個別液室開口用溝Ｈ２７０が設けられる。これにより、第１個別液室はカンチレバー状要素Ｈ２３０との間で広い隙間を持つことができる。さらに、カンチレバー状要素Ｈ２３０には、カンチレバー状要素Ｈ２３０の根元となる、第１個別液室Ｈ２２３内壁に固定されている側に貫通した円形の開口Ｈ２７１が設けられる。
【００４０】
以上の構成において、個別液室とカンチレバー状要素との微小な間隙の流抵抗は、個別液室開口用溝Ｈ２７０およびＨ２７１それぞれの流抵抗に比べて、十分に大きい関係にある。
【００４１】
以上の構造によれば、吐出後の共通液室（不図示）からの個別液室へのインクの流入は、個別液室開口用溝の拡幅された隙間Ｈ２７０および円形の開口Ｈ２７１の２箇所からとなる。すなわち、図中矢印Ａ２３、Ａ２４、Ａ２５、Ａ２６、Ａ２７、Ａ２８、Ａ２９で示される流れ方向を生じる。その結果、第１個別液室Ｈ２２２内における澱みは解消され、吐出後のインク補充や、回復動作によるインク流入の際に、第１個別液室Ｈ２２０内のインクは、ほぼ全体が移動することができる。従って、個別液室内に発生した気泡は、吐出に悪影響を及ぼすほど残留、蓄積することなく、スムーズに排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るサーモメカニカルアクチュエータ方式による吐出部の構造を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るサーモメカニカルアクチュエータ方式による吐出部の構造を示す図である。
【図３】上記吐出部におけるインク流れを図２のＷ−Ｗ線断面で示す図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るサーモメカニカルアクチュエータ方式による吐出部の構造を示す図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係るサーモメカニカルアクチュエータ方式による吐出部の構造を示す図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、一従来例に係るサーモメカニカルアクチュエータを用いた記録ヘッドの吐出部構造および吐出動作を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
Ｈ１１１    吐出口部
Ｈ２２０    第１個別液室
Ｈ２２１    第２個別液室
Ｈ２３０    カンチレバー状要素
Ｈ２３１    第１デフレクタ層
Ｈ２３２    第２デフレクタ層
Ｈ２３３    障壁層
Ｈ２４０    吐出口
Ｈ２７０、Ｈ２７１、Ｈ２７２    開口
【図１】
2008006720.tif 000003
【図２】
2008006720.tif 000004
【図３】
2008006720.tif 000005
【図４】
2008006720.tif 000006
【図５】
2008006720.tif 000007
【図６】
2008006720.tif 000008