(57)【要約】【課題】気泡の発生に伴って押し上げられる可動弁に捩れが生じにくくして、発泡エネルギの伝達方向のずれを少なくする。これによって、高精度の位置決めが不要になることから、組み立てが容易である液体吐出ヘッドを提供すること。【解決手段】可動弁６１の先端部の形状を凹型形状にする。【選択図】図１
2008142963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体をヒータによって加熱発泡させ、その発泡によって発生する気泡の成長に伴って、前記ヒータと対面する可動部材を変位させて、吐出口から前記液体を吐出させる液体吐出ヘッドにおいて、
前記可動部材は、前記可動部材先端の幅方向の中央に前記発泡によって発生する前記気泡の成長を許容する空間を形成していることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記空間を形成している前記可動部材の部分は、前記可動部材の幅方向の中央を規定する中心線に対して左右対称形状であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記空間は、前記可動部材の一部を切り欠くことによって形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記空間は、前記可動部材の先端部を凹型形状に切り欠くことで形成されることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記空間は、前記可動部材を、前記可動部材に対して前記ヒータが存在する方向に凹となるように折り曲げることで形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記空間は、前記可動部材を前記幅方向に沿って円弧状に湾曲させることによって形成されたことを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記可動部材は、前記幅方向に沿って同一半径の円弧状に湾曲していることを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記可動部材は、電鋳法を用いて作られることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
前記可動部材は、基材の上にフォトレジストを塗布し、露光して現像することによって前記フォトレジストを除去した部分にメッキを成長させて作られることを特徴とする請求項８に記載の液体吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッドに関する。特に本発明は、熱エネルギを液体に与えることで、液体に急峻な体積変化（気泡の発生）を伴う状態変化を生じさせ、この状態変化に基づく作用力によって吐出口から液体を吐出させる方式の液体吐出ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日インクジェット記録装置は、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の機能を有する記録装置、あるいはコンピュータやワードプロセッサ等を含む、複合型電子機器やワークステーションなどの出力機器として多く用いられている。インクジェット記録装置は、記録情報に基づいて、紙、布、プラスチックシート、ＯＨＰ用シート等の記録媒体に向けて液滴を吐出することで記録を行なう。そしてこのインクジェット記録装置は、低騒音、低ランニングコストで、装置の小型化が容易であり、カラー化も容易であるなどの観点から広く応用されている。
【０００３】
インクジェット記録装置に用いられる液体吐出ヘッドは、種々の方式により吐出液滴を形成して吐出するものが知られている。中でも、液滴を吐出するために利用されるエネルギとして熱を用いる液体吐出ヘッドは、流路内の記録素子としての電気熱変換体（以下、ヒータともいう）が発熱することによって液体に気泡を発生させ、その圧力を利用して液滴を吐出させるものである。この吐出方法は高密度のマルチノズル化を比較的容易に実現することができ、高解像度、高画質で、また高速な記録を可能とするものである。
【０００４】
この方式は、液体吐出ヘッドにおける個々のインク吐出口近傍の、インク流路内それぞれに電気熱変換体を設け、これらに記録信号に応じた電気エネルギもしくは電力を選択的に印加することによって生ずる熱エネルギを利用して、熱作用面上のインクを急激に加熱し、膜沸騰を生じさせ、その際に発生する気泡の圧力によってインク吐出口からインクを吐出することができる。
【０００５】
このような、熱を利用した液体吐出ヘッドとしては、液体を吐出する流路内の電気熱変換体と対面する位置に可動部材（以下、可動弁ともいう）を有したもの（特許文献１）がある。これは、電気熱変換体によって発生させた気泡の成長を可動弁によって規制しつつ、気泡を効率よく吐出口方向へ案内することで、吐出する液滴の量のばらつきを少なくし、吐出速度を安定させるものである。
【０００６】
このような可動弁に用いられる材質にはＳｉＮや金属がある。可動弁の材質にＳｉＮが用いられる場合、その製造には半導体プロセスが用いられる。基板上に可動弁が形成されるため、可動弁を正確な位置に配置することはできるが、可動弁の幅などの製造上の制約がある。また、材質に金属が用いられ場合には、基板とは個別に金属箔の可動弁を作製して、その後、可動弁を基板に実装するので、幅や形状の制約は無いが、正確な位置決めが困難である。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−０６２１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
可動弁を作るうえで形状の自由度が高い金属製のものが求められるが、位置決めが難しく、ヒータに対して可動弁の位置がずれることがある。
【０００９】
図１０はヒータ２と可動弁６の位置関係を表わした図であり、図１０（ａ）はヒータ２に対して可動弁６が正確な位置に配置された状態を示す図であり、図１０（ｂ）はヒータ２に対して可動弁６の位置がｔだけずれている状態を示した図である。図１０（ｂ）のように可動弁の位置がずれると、ヒータ２によって気泡が発生して可動弁６を気泡が押し上げる際に、可動弁６の先端部が捩れるように押し上げられることになる。
【００１０】
図１１は、可動弁６がヒータ２に対して正確な位置に配置された場合に、気泡２０によって可動弁６が押し上げられる状態を示した図である。図１１（ａ）は気泡２０が発生していない状態の図であり、図１１（ｂ）は気泡２０が発生した初期の段階を表わした図であり、図１１（ｃ）は気泡２０によって可動弁６が押し上げられた状態を示している。
【００１１】
また、図１２は、可動弁６がヒータ２に対してずれた位置に配置された場合に、気泡２０によって可動弁６が押し上げられる状態を示した図である。図１２（ａ）は気泡２０が発生していない状態の図であり、図１２（ｂ）は気泡２０が発生した初期の段階を表わした図であり、図１２（ｃ）は気泡２０によって可動弁６が押し上げられた状態を示している。
【００１２】
図１１および図１２で示したように、ヒータによって発生した気泡で可動弁が変位する場合、発生した気泡の発泡エネルギによって可動弁は押し上げられることになる。
【００１３】
図１２（ｂ）および図１２（ｃ）からわかるように、気泡２０によって押し上げられた可動弁６は捩れを伴って押し上げられている。このように可動弁６が捩れて押し上げられた場合、気泡２０による発泡エネルギの伝達方向にずれが生じてしまう。その結果、吐出する液滴の吐出方向にもずれが生じてしまい、本発明の液体吐出ヘッドを記録装置に適用した場合、記録媒体上の液滴着弾位置がずれることから記録品位が低下してしまうことがあった。
【００１４】
よって本発明は、気泡の発生に伴って押し上げられる可動弁に捩れが生じにくくして、発泡エネルギの伝達方向のずれを少なくする。これによって、高精度の位置決めが不要になることから、組み立てが容易である液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
そのため、本発明の液体吐出ヘッドは、液体をヒータによって加熱発泡させ、その発泡によって発生する気泡の成長に伴って、前記ヒータと対面する可動部材を変位させて、吐出口から前記液体を吐出させる液体吐出ヘッドにおいて、前記可動部材は、前記可動部材先端の幅方向の中央に前記発泡によって発生する前記気泡の成長を許容する空間を形成していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、流路内の可動弁の取り付け位置がずれても可動弁の先端部の形状を凹型形状にすることで可動弁が大きく捩れることを防ぎ、発泡エネルギの伝達方向のずれを抑えることができる。また、可動弁が大きく捩れることを防ぐことから、可動弁の取り付け位置に高い精度が必要なく、製造工程を簡略化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態を詳細に説明する。  
図２は、本実施形態の記録ヘッドの構成がわかるように分解して示した分解斜視図である。ヒータ２（図３参照）、流路１４（図３参照）、吐出口（図３参照）を備えたヒータボード１０１は、セラミック製のベースプレート１００によって支持されており、そのヒータボード１０１をベースプレート１００と挟む形で配線基板１０２が配置されている。そしてヒータボード１０１上のヒータ２と、配線基板１０２上の端子とは、途中にワイヤボンディングを介して電気的に接続されている。
【００１８】
図３は、本実施形態の液体吐出ヘッドにおける流路近傍の構成がわかりやすいように一部を断面にした断面斜視図である。ヒータボード１０１は液体を加熱発泡するためのヒータ２が複数配置されている。ヒータ２はチッ化タンタル等の抵抗体が用いられ、厚さは０．０１〜０．５μｍ、シート抵抗値は単位正方形あたり１０〜３００Ωのものが用いられる。ヒータ２には通電のためのアルミニウム等の電極（不図示）が接続されており、その一方はヒータ２に通電を制御するためのスイッチングトランジスタ（不図示）が接続されている。スイッチトランジスタは制御用のゲート素子等の回路からなるＩＣによって駆動を制御され、ヘッド外部からの信号によって、所定のパターンで駆動するようになっている。複数のヒータ２各々に対応して流路１４が形成されており、流路１４は複数の吐出口１３各々と連通している。また、複数の流路は、共通液室１６、ノズル壁５、ノズル土手３、天板ノズル７に囲まれた管状をなしている。可動弁６は自由端を吐出口１３方向に向けて、支点１０を共通液室１６内に位置させて設けられており、支点１０は弁支持部材１１に取り付けられ、弁支持部材１１は弁台座１２によってヒータボード１０１に取り付けられる。天板ノズル７は、Ｓｉ等で構成される天板８に貼り付けられており、天板８は異方性エッチング等で形成されたインク供給開口１７を備え、外部からの液体を共通液室１６に導入可能としている。共通液室から流路１４に供給された液体は、流路１４内の所定の位置に配置されたヒータ２で加熱し発泡される。発泡に伴って流路１４内の液体の移動が始まると同時に可動弁６１も変位し、液体の流れを吐出口１３方向へと導く。
【００１９】
本実施形態の可動弁６１は、図３に示すように、その先端部の形状が凹型形状をなしている。なお、本明細書中で用いる可動弁の先端部とは、液体を吐出する方向に対する可動弁の先端部のことである。
【００２０】
図４は、本実施形態の可動弁６１がヒータ２に対してずれた位置に配置されており、気泡２０によって可動弁６１が押し上げられる状態を示した図である。図４（ａ）は気泡２０が発生していない状態の図であり、図４（ｂ）は気泡２０が発生した初期の段階を表わした図であり、図４（ｃ）は気泡２０によって可動弁６１が押し上げられた状態を示している。
【００２１】
図４（ｃ）からもわかるように、先端凹型形状の可動弁６１と従来の可動弁６（図１２（ｃ）参照）とを比較した場合、本実施形態の可動弁６１は、可動弁先端における幅方向（図４（ｃ）矢印α方向））の中央部に、気泡の成長を許容するための空間Ｓを有している。なお、本明細書中で可動弁の幅方向とは、図４（ｃ）矢印α方向のことである。
【００２２】
このような構成とすることで、可動弁６１が本来の幅方向位置に対して誤差をもって置かれたとしても可動弁６１に大きな捩れが生じにくく、可動弁の幅方向の姿勢が安定しやすいことになる。よって、発泡エネルギの伝達方向に大きなずれが生じることがなく、吐出する液滴にも大きなずれが生じない。
【００２３】
図５は吐出口側から見た従来と本実施形態の可動弁の図であり、図５（ａ）は従来の可動弁でヒータとのずれがない場合であり、図５（ｂ）は従来の可動弁でヒータとのずれが有る場合であり、図５（ｃ）は本実施形態の可動弁でヒータとのずれがある場合である。
【００２４】
図５（ｂ）と図５（ｃ）とを比較した場合、図５（ｃ）の本実施形態の可動弁の方が、従来の可動弁よりも、水平状態に近く、大きな捩れが生じていないことがわかる。
【００２５】
このように、可動弁６１の先端部の形状を凹型形状にして、気泡の成長を許容するための空間Ｓを設けることで、可動弁６１の姿勢が安定し易くなり、それによって、可動弁６１に大きな捩れが生じることなく、発泡エネルギの伝達方向のずれを少なくする。
【００２６】
なお、可動弁６１の先端部の凹型形状は、図３および図４に示したものに限らず、可動弁を押し上げる力を可動弁先端における幅方向の中央部に受けやすい形状であればよい。例えば、図１の（ａ）から（ｃ）に示すような形状によっても同様の効果を得ることができる。なお、上述の可動弁を押し上げる力を可動弁先端における幅方向の中央部に受けやすい形状に鑑みて、可動弁６１の先端部の凹型形状の最後端部Ｐは、ヒータ２上部にあることが好ましい。最後端部Ｐが必要以上後退することによって、可動弁６１が十分な発泡エネルギを得られなくなる可能性があるからである。
【００２７】
（第２の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第２の実施形態を詳細に説明する。  
図６は、本実施形態の液体吐出ヘッドにおける流路近傍の構成がわかりやすいように一部を断面にした断面斜視図である。本実施形態の特徴は、従来の可動弁を可動弁の長手方向の全長に亘って図６中矢印α方向に円弧を描くように湾曲させていることである。それ以外の構成は第１の実施形態と同様である。
【００２８】
このように湾曲させて、気泡の成長を許容する空間Ｓを設けることで、可動弁６を押し上げる力（発泡エネルギ）を可動弁６２における幅方向（図６中矢印α方向）の中心線上に受けやすくなる。さらに、可動弁６２全体を湾曲させていることで、可動弁自体が曲がり難くなっていることから、本実施形態の可動弁６２は、従来のように可動弁の反りによってではなく、可動弁６２の根本における屈折運動によって、気泡の成長を規制しつつ気泡を吐出口方向へ案内する。このように、可動弁６２自体が曲がり難いため、気泡による押し上げる力が例え一方に片寄ってかかったとしても、可動弁６２自体が捩れを生じ難くなっている。
【００２９】
ここで、本実施形態の可動弁６２の製造方法について説明する。  
図７（ａ）〜（ｆ）は、電鋳法（エレクトロフォーミング法）を用いて本実施形態の可動弁６２を製造する工程を順に示した図である。以下に図７（ａ）から順に工程を説明する。まず、図７（ａ）のようにメッキが成長する部分が凸型になっている基材７１を準備する。その後、図７（ｂ）のように、基材７１の上にフォトレジスト７２を塗布（もしくはドライフィルムを貼り付け）する。そして、図７（ｃ）でフォトレジスト７２にマスク７３で残す部分を覆い、光源７４によって露光する。図７（ｄ）で現像を行って、メッキ７５を成長させる部分のフォトレジスト７２を取り除く。次に図７（ｅ）のように、フォトレジスト７２を取り除いた基材７１上にメッキ７５を所望の厚さまで成長させる。最後に図７（ｆ）のように、メッキ部と基材７１とを剥離して可動弁６２が形成される。  
図７（ｇ）は、完成した可動弁６２を上面から見た図であり、図のように櫛刃状になっている。
【００３０】
図８は、ヒータによる発泡時の従来と本実施形態との可動弁の動きを比較した図である。図８（ａ）はヒータの位置とのずれを有した従来の可動弁６を表わしており、図８（ｂ）はヒータの位置とのずれを有した本実施形態の可動弁６２を表わしている。
【００３１】
図８（ａ）からわかるように、従来の可動弁６では、可動弁の位置がヒータの位置からずれているため、ヒータの発熱に伴う発泡エネルギが、可動弁６の図面向かって右側の方に多く働いている。そのため、可動弁６の右側の変位が左側の変位と比較して大きくなっており、可動弁６に捩れが生じている。このまま気泡２０がさらに成長すると、可動弁６の捩れはさらに大きなものとなる。
【００３２】
また、図８（ｂ）からわかるように、本実施形態の可動弁６２の場合、可動弁６２の左右で若干の変位の差はあるものの、従来の可動弁６ほど大きな捩れは生じていない。この状態からさらに気泡２０が成長しても、可動弁６２の捩れは図８（ｂ）の状態以上に大きな捩れが生じることは無い。
【００３３】
このように、可動弁６２を湾曲させることで、可動弁６２に大きな捩れが生じることなく発泡エネルギの伝達方向のずれを少なくすることができた。また、液体吐出ヘッド組み立ての際に、高い位置精度が必要でないことから、製造が容易であり歩留まりを良くすることができる。
【００３４】
なお、本実施形態では、可動弁６２は円弧状の湾曲面を有していたが、これに限定するものではなく、可動弁に捩れが生じにくい形状であればよい。  
図９（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の可動弁の変形例を示した図である。可動弁６２が、これらのような形状であっても本発明の目的を達成することができる。
【００３５】
（第３の実施形態）
本実施形態は、第１の実施形態と第２の実施形態を合わせたものであり、可動弁の先端が凹型形状であり、なおかつ、可動弁の長手方向の全長に亘って第２の実施形態のように湾曲しており、気泡の成長を共用する空間Ｓを有していることを特徴とする。これ以外の構成は他の実施形態と同様である。
【００３６】
本実施形態の可動弁のように、先端が凹型形状であり、かつ可動弁全長に亘って湾曲した可動弁を用いることで、よりいっそう可動弁自体が捩れにくくなり、可動弁の取り付け位置がずれた場合でも、液体吐出時の発泡エネルギ伝達方向のずれを少なくして、液滴吐出方向ずれを抑制することができる。また、液体吐出ヘッド組み立ての際に、高い位置精度が必要でないことから、製造が容易であり歩留まりを良くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施形態における可動弁先端形状の変形例を示した図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドの構成がわかるように分解して示した分解斜視図である。
【図３】図２の液体吐出ヘッドの流路近傍の構成を示した断面斜視図である。
【図４】図２の液体吐出ヘッドの可動弁が押し上げられる状態を示した図であり、図４（ａ）は気泡が発生していない状態であり、図４（ｂ）は気泡が発生した初期の段階であり、図４（ｃ）は可動弁が押し上げられた状態を示している。
【図５】従来および本発明の可動弁の図であり、図５（ａ）および図５（ｂ）は従来の可動弁を示す図であり、図５（ｃ）は本実施形態の可動弁でヒータとのずれがある場合を示した図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の液体吐出ヘッドにおける流路近傍の構成を示した断面斜視図である。
【図７】（ａ）から（ｆ）は、電鋳法を用いて本発明の第２の実施形態の可動弁を製造する工程を順に示した図であり、（ｇ）は、可動弁を表わす図である。
【図８】従来および本発明の可動弁の動きを比較した図であり、図８（ａ）は従来の可動弁を示した図であり、図８（ｂ）は本実施形態の可動弁を表わした図である。
【図９】図９（ａ）から（ｃ）は、本発明の第２の実施形態の変形例を示した図である。
【図１０】ヒータと従来の可動弁の位置関係を表わした図であり、図１０（ａ）は位置がずれていない状態を示した図であり、図１０（ｂ）は、位置がずれている状態を示した図である。
【図１１】従来の可動弁が押し上げられる状態を示した図であり、図１１（ａ）は気泡が発生していない状態であり、図１１（ｂ）は気泡が発生した初期の段階を表わしており、図１１（ｃ）は可動弁が押し上げられた状態を示している。
【図１２】従来の可動弁が押し上げられる状態を示した図であり、図１２（ａ）は気泡が発生していない状態であり、図１２（ｂ）は気泡が発生した初期の段階であり、図１２（ｃ）は可動弁が押し上げられた状態を示している。
【符号の説明】
【００３８】
２  ヒータ
６  可動弁
７  天板ノズル
８  天板
１１  弁支持部材
１２  弁台座
１４  流路
２０  気泡
６１  可動弁
６２  可動弁
７１  基材
７２  フォトレジスト
１００  ベースプレート
１０１  ヒータボード
１０２  配線基板
【図１】
2008142963.tif 000003
【図２】
2008142963.tif 000004
【図３】
2008142963.tif 000005
【図４】
2008142963.tif 000006
【図５】
2008142963.tif 000007
【図６】
2008142963.tif 000008
【図７】
2008142963.tif 000009
【図８】
2008142963.tif 000010
【図９】
2008142963.tif 000011
【図１０】
2008142963.tif 000012
【図１１】
2008142963.tif 000013
【図１２】
2008142963.tif 000014