(57)【要約】【課題】ヘッド内に滞留する気泡を効率よく排出するための気泡排出専用の気泡吐出機構を設けた液滴吐出ヘッド等を提供する。【解決手段】液滴を吐出する複数の液滴吐出用のノズル孔１０、各液滴吐出用のノズル孔１０に連通し室内に発生した圧力により液滴吐出用のノズル孔１０より液滴を吐出させる複数の独立した液滴吐出室５０、及びそれぞれの液滴吐出室５０の一部に設けられて液滴吐出室５０に圧力を発生させる液滴吐出用のアクチュエータ８０からなる液滴吐出用の液滴吐出機構ａと、液滴吐出室５０にそれぞれ設けられた供給部６０を介して液滴吐出室５０に共通して連通するリザーバ７０とを少なくとも備えた液滴吐出ヘッドであって、液滴吐出用の液滴吐出機構ａとリザーバ７０を共通にする、気泡排出用の気泡吐出機構ｂを設けた。【選択図】図２
2008044212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出する複数の液滴吐出用のノズル孔、前記各液滴吐出用のノズル孔に連通し室内に発生した圧力により前記液滴吐出用のノズル孔より液滴を吐出させる複数の独立した液滴吐出室、及び前記それぞれの液滴吐出室の一部に設けられて前記液滴吐出室に圧力を発生させる液滴吐出用のアクチュエータからなる液滴吐出用の吐出機構と、前記液滴吐出室にそれぞれ設けられた供給部を介して前記液滴吐出室に共通して連通するリザーバとを少なくとも備えた液滴吐出ヘッドにおいて、
前記液滴吐出用の液滴吐出機構と前記リザーバを共通にする、気泡排出用の気泡吐出機構を設けたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
気泡排出用の気泡吐出機構は、気泡を含んだ液滴を吐出する気泡排出用のノズル孔、前記各気泡吐出用のノズル孔に連通し室内に発生した圧力により前記気泡吐出用のノズル孔より気泡を含んだ液滴を吐出させる気泡吐出室、及び前記気泡吐出室の一部に設けられて前記気泡吐出室に圧力を発生させる気泡排出用のアクチュエータからなり、前記気泡吐出室に設けられた供給口を介して、前記液滴吐出室にそれぞれ連通する前記リザーバに連通されることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記液滴吐出用の液滴吐出機構の液滴吐出室と前記リザーバとをこれらを連通する供給部を備えた区画壁によって区画し、前記リザーバ内の前記区画壁面と前記アクチュエータ側に位置する壁面とによって前記リザーバ内に断面ほぼＬ字状に囲まれた気泡捕獲部を形成したことを特徴とする請求項１または２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記気泡排出機構の気泡吐出室が、前記リザーバと、前記供給口を介して、前記気泡吐出室の壁面に沿ってほぼ直線状に連通されることを特徴とする請求項３に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記リザーバ内のアクチュエータ側に位置する壁面を薄肉化し、該薄肉化された壁面によりダイアフラムを形成したことを特徴とする請求項１または２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記気泡排出用の気泡吐出機構に設けた供給部の断面積を、前記液滴吐出用の液滴吐出機構に設けた供給部の断面積より大きくしたことを特徴とする請求項１または２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
前記気泡排出用の気泡吐出機構に設けた気泡排出用のノズル孔の径を、前記液滴吐出用の液滴吐出機構に設けた液滴吐出用のノズル孔の径より大きくしたことを特徴とする請求項１または２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項８】
前記気泡排出用の気泡吐出機構に設けたアクチュエータの面積を、前記液滴吐出用の液滴吐出機構に設けたアクチュエータの面積より大きくしたことを特徴とする請求項１または２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項９】
前記気泡排出用の気泡吐出機構を前記液滴吐出ヘッドに１又は２以上設けたことを特徴とする請求項１または２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記気泡排出用の気泡吐出機構を前記液滴吐出ヘッドの両側に一対設けたことを特徴とする請求項９記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１１】
前記気泡排出用のアクチュエータが、前記気泡吐出室の壁面を薄肉化して形成された気泡排出用の振動板と、前記気泡排出用の振動板とエアギャップを隔てて対向する気泡排出用の個別電極とからなり、前記気泡排出用の振動板と前記個別電極との間に電圧を印加することによりこれらの間に静電気力を発生させて前記薄肉化された気泡排出用の振動板を変位させることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１２】
前記液滴吐出用のノズル孔を有するとともに気泡排出用のノズル孔を有するノズル基板と、
前記液滴吐出室の一部となる第１の液滴吐出凹部、前記リザーバの一部となる第１のリザーバ凹部、及びこれらの凹部を前記供給部によって連通する第１の区画壁を有するとともに、前記気泡吐出室の一部となる第１の気泡吐出凹部及び前記リザーバの一部となる第１のリザーバ凹部を有するリザーバ基板と、
前記液滴吐出室の一部となり前記液滴吐出用の振動板を有する第２の液滴吐出凹部、前記リザーバの一部となる第２のリザーバ凹部、及びこれらの凹部を区画する第２の区画壁を有するとともに、前記気泡吐出用の振動板を有して前記気泡吐出室の一部と凹部及び前記リザーバの一部となる凹部を連通して前記気泡吐出室及び前記リザーバの一部となる気泡連通凹部を有するキャビティ基板と、
前記液滴吐出室に圧力を発生させる静電アクチュエータを有するとともに、前記気泡吐出室に圧力を発生させる静電アクチュエータを有する電極基板とを、
備えたことを特徴とする請求項１１のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘッド内に滞留する気泡を効率的に排出するための機構を備えた液滴吐出ヘッド、及びこの液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴吐出ヘッドとして、例えばインクジェットプリンタに搭載されるインクジェットヘッドが知られている。インクジェットヘッドでは、印刷速度の高速化およびカラー化を目的として、ノズル列を複数有する構造が求められており、アクチュエータ数はますます増加し、インクジェットヘッドの小型化、さらに吐出特性の向上が要求されている。このような要求に伴って、ヘッド内に侵入もしくは滞留する気泡をさらに効率的に排出して、インクの吐出特性をより向上させることが要求されている。
【０００３】
例えば、リザーバの先端に設けた気泡排出用の大気連通路の形状を工夫して、リザーバ内の圧力変動時に大気開口部からインクが滲み出すのを防ぐ気泡排出専用ノズルを設けたインクジェットヘッドがある（例えば、特許文献１参照）。
また、リザーバの面積がインク供給口から距離が離れるに従って小さくなるようにして、リザーバ内での部分的なインク流速の低下を緩和し、気泡滞留を防ぐインクジェットヘッド等がある（例えば、特許文献２参照）。
さらに、低流速時のみインクの通過を許容するフィルタを用いて、インク吐出時のインク流速が遅い場合と、回復処理時のインク流速が速い場合のインク経路を設け、回復処理時のみ滞留気泡をノズルから排出するようにしたインクジェット記録装置がある（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３１４８３２号公報（第４頁、図５）
【特許文献２】特開２００２−２９２８６８号公報（第５頁、図５）
【特許文献３】特開２００３−６３００２号公報（第７頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された従来技術では、気泡排出用の大気連通路には動力がなく、気泡を排出する際にはポンプ等の外部動力で吸引しなければならない。気泡を大気連通路に確実に誘導するためには、連通路側が上になるようにヘッドを縦または斜めに傾けて配置しなければならず、インクの飛翔経路の制御が複雑である。
【０００６】
また、特許文献２に記載された従来技術では、リザーバ内のインクの流速差が気泡排出性を左右するのに十分な値であるかが不明であり、その効果も不明である。リザーバから加圧室へ連通する通路の流路抵抗は、リザーバの流路抵抗に比べて格段に大きいため、滞留気泡をノズルから排出する際には、この流路抵抗差が大きな障壁となるが、これに関する構造的工夫がなされていない。
【０００７】
さらに、特許文献３に記載された従来技術では、ヘッドの構造が複雑で、１ヘッドづつフィルタを組み付ける工程が必要となり、製造コストが高くなる。また、リザーバ容量と回復処理時の迂回路にある程度の容積が必要となり、ヘッドの小型化には好ましくない。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、ヘッド内に滞留する気泡を効率よく排出するための気泡排出専用の気泡吐出機構を設けた液滴吐出ヘッド及びこの液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置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】
【０００９】
本発明にかかる液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数の液滴吐出用のノズル孔、前記各液滴吐出用のノズル孔に連通し室内に発生した圧力により前記液滴吐出用のノズル孔より液滴を吐出させる複数の独立した液滴吐出室、及び前記それぞれの液滴吐出室の一部に設けられて前記液滴吐出室に圧力を発生させる液滴吐出用のアクチュエータからなる液滴吐出用の吐出機構と、前記液滴吐出室にそれぞれ設けられた供給部を介して前記液滴吐出室に共通して連通するリザーバとを少なくとも備えた液滴吐出ヘッドであって、
前記液滴吐出用の液滴吐出機構と前記リザーバを共通にする、気泡排出用の気泡吐出機構を設けたものである。
【００１０】
液滴吐出ヘッド内に、液滴吐出用の液滴吐出機構とは別に気泡排出用の気泡吐出機構がリザーバを共通にして設けられ、気泡排出に最適化された気泡吐出機構により液滴に含まれた気泡を吐出するようにしたので、気泡を効率的かつ能動的に排出することが可能である。そして、気泡排出に際しては外部動力が不要である。また、液滴吐出用の液滴吐出機構とともに気泡排出用の気泡吐出機構を設けたので部品点数を削減することができ、液滴吐出装置の小型化が可能である。こうして、気泡排出用の気泡吐出機構を備えた液滴吐出ヘッドを、従来の液滴吐出ヘッドと同等のコストで製造することができる。
【００１１】
また、本発明にかかる液滴吐出ヘッドは、気泡排出用の気泡吐出機構が、気泡を含んだ液滴を吐出する気泡排出用のノズル孔、前記各気泡吐出用のノズル孔に連通し室内に発生した圧力により前記気泡吐出用のノズル孔より気泡を含んだ液滴を吐出させる気泡吐出室、及び前記気泡吐出室の一部に設けられて前記気泡吐出室に圧力を発生させる気泡排出用のアクチュエータからなり、前記気泡吐出室に設けられた供給口を介して、前記液滴吐出室にそれぞれ連通する前記リザーバに連通されるものである。
気泡排出用の気泡吐出機構は、液滴吐出用の液滴吐出機構と同時に形成することができるので、余分なコストがかからない。
【００１２】
また、本発明にかかる液滴吐出ヘッドは、前記液滴吐出用の液滴吐出機構の液滴吐出室と前記リザーバとをこれらを連通する供給部を備えた区画壁によって区画し、前記リザーバ内の前記区画壁面と前記アクチュエータ側に位置する壁面とによって前記リザーバ内に断面ほぼＬ字状に囲まれた気泡捕獲部を形成したものである。
リザーバ内に、区画壁面と静電アクチュエータ側に位置する壁面とによって断面ほぼＬ字状に囲まれた気泡捕獲部を形成したので、この気泡捕獲部に重力に逆らって上方向に移動する気泡が確実に捕捉される。
【００１３】
また、本発明にかかる液滴吐出ヘッドは、前記気泡排出機構の気泡吐出室が、前記リザーバと、前記供給口を介して、前記気泡吐出室の壁面に沿ってほぼ直線状に連通されるものである。
リザーバから気泡吐出機構の気泡吐出室までは段差を無くすことで、気泡捕獲部に捕捉された気泡を気泡吐出用の気泡吐出室に容易に誘導することができる。
【００１４】
また、本発明にかかる液滴吐出ヘッドは、前記リザーバ内のアクチュエータ側に位置する壁面を薄肉化し、該薄肉化された壁面によりダイアフラムを形成したものである。
リザーバの薄肉壁面がダンパーとして作用し、かかるダンパー機能を備えたダイアフラムによってリザーバ内の圧力変動を緩衝させることができる。
【００１５】
また、本発明にかかる液滴吐出ヘッドは、前記気泡排出用の気泡吐出機構に設けた供給部の断面積を、前記液滴吐出用の液滴吐出機構に設けた供給部の断面積より大きくするものである。
リザーバから気泡吐出機構の気泡吐出室までの流路抵抗を、リザーバから液滴吐出機構の液滴吐出室までの流路抵抗よりも小さくし、流路抵抗に差を設けたので、気泡を気泡排出用の気泡吐出室に容易に誘導することができる。
【００１６】
また、本発明にかかる液滴吐出ヘッドは、前記気泡排出用の気泡吐出機構に設けた気泡排出用のノズル孔の径を、前記液滴吐出用の液滴吐出機構に設けた液滴吐出用のノズル孔の径より大きくしたものである。
気泡排出用のノズル孔の径を大きくして気泡排出に最適なノズル径にしたので、液滴内に含まれた気泡を効率的に吐出することができる。
【００１７】
また、本発明にかかる液滴吐出ヘッドは、前記気泡排出用の気泡吐出機構に設けたアクチュエータの面積を、前記液滴吐出用の液滴吐出機構に設けたアクチュエータの面積より大きくしたものである。
気泡排出用の気泡吐出機構に設けたアクチュエータの面積を大きくし、気泡排出に必要な吐出エネルギーを十分に確保するようにしたので、液滴内の気泡を確実に吐出することができる。
【００１８】
また、本発明にかかる液滴吐出ヘッドは、前記気泡排出用の気泡吐出機構を前記液滴吐出ヘッドに１又は２以上設けたものである。
ヘッド外部に気泡吐出機構を別途設ける必要がないため、部品点数の削減や小型化が可能な液滴吐出ヘッドを提供することができる。
【００１９】
また、本発明にかかる液滴吐出ヘッドは、前記気泡排出用の気泡吐出機構を前記液滴吐出ヘッドの両側に一対設けたものである。
液滴吐出ヘッドから所望の距離を隔てて気泡吐出機構を配置することができるので、排出された気泡が液滴吐出ヘッドと干渉しない液滴吐出ヘッドを提供することができる。
【００２０】
また、本発明にかかる液滴吐出ヘッドは、前記気泡排出用のアクチュエータが、前記気泡吐出室の壁面を薄肉化して形成された気泡排出用の振動板と、前記気泡排出用の振動板とエアギャップを隔てて対向する気泡排出用の個別電極とからなり、前記気泡排出用の振動板と前記個別電極との間に電圧を印加することによりこれらの間に静電気力を発生させて前記薄肉化された気泡排出用の振動板を変位させるものである。
気泡排出用の静電アクチュエータの構造が簡単なため、気泡排出用の気泡吐出機構を高密度化することができ、また低コスト化することができる。
ることができる。
【００２１】
また、本発明にかかる液滴吐出ヘッドは、前記液滴吐出用のノズル孔を有するとともに気泡排出用のノズル孔を有するノズル基板と、前記液滴吐出室の一部となる第１の液滴吐出凹部、前記リザーバの一部となる第１のリザーバ凹部、及びこれらの凹部を前記供給部によって連通する第１の区画壁を有するとともに、前記気泡吐出室の一部となる第１の気泡吐出凹部及び前記リザーバの一部となる第１のリザーバ凹部を有するリザーバ基板と、前記液滴吐出室の一部となり前記液滴吐出用の振動板を有する第２の液滴吐出凹部、前記リザーバの一部となる第２のリザーバ凹部、及びこれらの凹部を区画する第２の区画壁を有するとともに、前記気泡吐出用の振動板を有して前記気泡吐出室の一部となる凹部及び前記リザーバの一部となる凹部を連通して前記気泡吐出室及び前記リザーバの一部となる気泡連通凹部を有するキャビティ基板と、前記液滴吐出室に圧力を発生させる静電アクチュエータを有するとともに、前記気泡吐出室に圧力を発生させる静電アクチュエータを有する電極基板とを備えたものである。
【００２２】
ノズル基板とリザーバ基板とキャビティ基板と電極基板とを４層に積層して液滴吐出ヘッド内に流路などを形成し、液滴吐出用の液滴吐出機構とは別に気泡排出用の気泡吐出機構をリザーバを共通にして液滴吐出ヘッド内に設け、気泡排出に最適化された吐出機構により液滴に含まれた気泡を吐出するようにしたので、４層構造の液滴吐出ヘッドにおいて、ヘッド構造を変更することなく気泡を効率的かつ能動的に排出することができる。
【００２３】
本発明にかかる液滴吐出装置は、上記のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを搭載したものである。
気泡を含んだ液滴を効率的かつ能動的に吐出することができる液滴吐出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を適用した液滴吐出ヘッドの実施の形態について説明する。
本発明の実施の形態は、液滴を吐出する液滴吐出機構とともに、気泡を排出する気泡吐出機構を備えた液滴吐出ヘッドに関するものである。なお、ここでは液滴吐出ヘッドの一例として、ノズル基板の表面に設けられたノズル孔からインク滴を吐出する、フェイス吐出型のインクジェットヘッドについて説明する。
【００２５】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係るインクジェットヘッドの概略構成を示す分解斜視図、図２は図１の透視状態を示す分解斜視図、図３は図１を底面側より見た分解斜視図、図４は図３の透視状態を示す分解斜視図、図５は図１の液滴吐出部のイ−イ断面図、図６は図１の気泡排出部のロ−ロ断面図である。
図１〜図６において、インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッドの一例）は、ノズル基板１、リザーバ基板２、キャビティ基板３、電極基板４の４つの基板を、この順に貼り合わせた４層構造によって構成されている。そして、液滴を吐出するための液滴吐出機構ａを含んだ液滴吐出部Ａと、液滴内に滞留する気泡を排出するための気泡吐出機構ｂを含んだ気泡吐出部Ｂとを備えている。
【００２６】
液滴吐出部Ａにおける液滴吐出機構ａは、図５に示すように、液滴吐出室５０と、液滴吐出室５０の一部に設けられた液滴吐出用の静電アクチュエータ８０と、液滴吐出室５０から液滴用吐出用のノズル連通孔２０を介して外部に連通する液滴吐出用のノズル孔１０と、液滴吐出室５０とから共通リザーバ（共通インク室）７０とを連通するオリフィス（共通部）６０とからなるものである。
また、気泡吐出部Ｂにおける気泡吐出機構ｂは、図６に示すように、気泡吐出室５１と、気泡吐出室５１の一部に設けられた気泡排出用の静電アクチュエータ８１と、気泡吐出室５１から気泡排出用のノズル連通孔２１を介して外部に連通する気泡排出用のノズル孔１１と、気泡吐出室５１とリザーバ（共通インク室）７０とを連通する供給口６１とからなるものである。
以下、インクジェットヘッドを構成する各基板の構成について、図１〜図６を用いて詳述する。
【００２７】
まず、ノズル基板１について述べる。
ノズル基板１は、シリコン材から作製されている。ノズル基板１の液滴吐出部Ａには多数の液滴吐出用ノズル孔１０が所定のピッチで設けられている。図１、図２には、簡明のため、両側の気泡吐出部Ｂに設けられた気泡排出用のノズル孔１１を除いて、１列に８つの液滴吐出用のノズル孔１０を示してある。これらのノズル列は、複数列とすることもある。そして、液滴吐出用のノズル孔１０は、基板面に対し垂直にかつ同軸上に、小さい穴の液滴噴射口部分１０ａと、液滴噴射口部分１０ａよりも径の大きい液滴導入口部分１０ｂとから構成されている。
【００２８】
液滴吐出部Ａの両端には一対の気泡吐出部Ｂが設けられ、液滴吐出部Ａの液滴吐出用のノズル孔１０と同列の両端には、液滴吐出用のノズル孔１０よりも径の大きい気泡排出用のノズル孔１１が設けられている。そして、気泡排出用のノズル孔１１は、液滴吐出用のノズル孔１０の場合と同様に、気泡噴射口部分１１ａとそれよりも径の大きい気泡導入口部分１１ｂとから構成されており、夫々の部分１１ａ，１１ｂは液滴吐出用のノズル孔１０の夫々の各部分１０ａ，１０ｂよりも大径となっている。
【００２９】
次に、リザーバ基板２について述べる。
リザーバ基板２は、例えば面方位が（１００）のシリコン材から作製されている。このリザーバ基板２の液滴吐出部Ａには、リザーバ基板２を垂直に貫通し、ノズル基板１の各液滴吐出用のノズル孔１０に独立して連通する少し大きい径（液滴導入口部分１０ｂの径と同等もしくはそれよりも大きい径）の液滴吐出用のノズル連通孔２０が、ノズル基板１のノズル孔１０と同軸上に設けられており、これによってインク滴の吐出の直進性が得られるようになっている。
【００３０】
また、各液滴吐出用のノズル連通孔２０に対して、各液滴吐出室５０及びオリフィス６０を介して連通する、共通リザーバ７０の一部となる第１のリザーバ凹部７０ａが形成されている。第１のリザーバ凹部７０ａは、ノズル基板１との接合面（以下、Ｌ面ともいう）からキャビティ基板３との接合面（以下、Ｍ面ともいう）方向に、断面ほぼ逆漏斗状をなす凹部によって形成されている。より詳しくは、Ｌ面よりＭ面方向に縮径する断面台形凹部７０ｂと、断面台形凹部７０ｂの縮径側において縮径端部（この端部を含む面を、以下、Ｎ面という）よりＭ面に至るまでの断面長方形凹部７０ｃとによって構成されている。なお、断面長方形凹部７０ｃは、液滴吐出用のノズル連通孔２０側に、オリフィス６０を貫通させた第１の区画壁６０ａを設けているため、Ｎ面における長さＸよりも短い長さＹを有する。
【００３１】
また、リザーバ基板２には、液滴吐出室５０の一部となる細溝状の第１の液滴吐出凹部５０ａが形成されている。第１の液滴吐出凹部５０ａは、後に詳述するキャビティ基板３を薄くすることによって生じる液滴吐出室５０の流路抵抗の増加を防ぐために設けたものであるが、第１の液滴吐出凹部５０ａは省略してもよい。
【００３２】
一方、リザーバ基板２の両側に位置する気泡吐出部Ｂには、液滴吐出用のノズル連通孔２０と同列上に、リザーバ基板２を垂直に貫通し、気泡排出用のノズル孔１１に独立して連通する少し大きい径（気泡導入口部分１１ｂの径と同等もしくはそれよりも大きい径）の気泡排出用のノズル連通孔２１が、ノズル基板１の気泡排出用のノズル孔１１と同軸上に設けられている。この気泡排出用のノズル連通孔２１の径は、液滴吐出部Ａの液滴吐出用のノズル連通孔２０の径よりも大きく形成されている。
【００３３】
また、各気泡排出用のノズル連通孔２１に対して、気泡吐出室５１及び供給口６１を介して連通する、リザーバ７０の一部となる第１のリザーバ凹部７０ａが形成されている。第１のリザーバ孔部７０ａは、液滴吐出部Ａに設けた第１のリザーバ孔部７０ａと同形状の断面ほぼ逆漏斗状の凹部をなし、液滴吐出部Ａに設けた第１のリザーバ凹部７０ａと一体化している。ただし、気泡吐出部Ｂにおいては、液滴吐出部Ａに設けた第１の区画壁６０ａのオリフィス６０に相当する貫通部は設けられていない。
【００３４】
また、リザーバ基板２には、気泡吐出室５１の一部となる第１の気泡吐出凹部５１ａが設けられている。なお、気泡吐出凹部５１ａの気泡吐出面Ｏは、液滴吐出室５０の一部となる第１の液滴吐出凹部５０ａの液滴吐出面Ｐと同じ高さに形成されている。
上記の説明では、第１の気泡吐出凹部５１ａの気泡吐出面Ｏは、第１の液滴吐出凹部５０ａの液滴吐出面Ｐと同一の高さであるが、図７に示すように、第１の気泡吐出凹部５１ａの気泡吐出面Ｏのうち、気泡排出用のノズル連通孔２１側の気泡吐出面のみを一部下げて気泡吐出面Ｑを形成して段差吐出凹部５１０を形成し、かかる凹部５１０によって気泡吐出機構ｂの一部を構成するようにしてもよい。
なお、リザーバ基板２の全面には、インクによるシリコンの腐食を防ぐために、例えば熱酸化膜（ＳｉＯ2 膜）からなるインク保護膜が形成されている（図示せず）。
【００３５】
次に、キャビティ基板３について述べる。
キャビティ基板３は、シリコン材から作製されている。キャビティ基板３の液滴吐出部Ａには、液滴吐出室５０の一部となる第２の液滴吐出凹部５０ｂが形成されている。そして、この第２の液滴吐出凹部５０ｂと、リザーバ基板２に設けた第１の液滴吐出凹部５０ａとによって、液滴吐出室５０が形成される。
液滴吐出室５０（第２の液滴吐出凹部５０ｂ）の壁面（静電アクチュエータ８０側の壁面すなわち電極基板４側の壁面）は、振動板１００を構成している。振動板１００は、シリコンに高濃度のボロンを拡散することにより形成されるボロン拡散層により形成することができる。振動板１００をボロン拡散層とすることにより、ウエットエッチングでのエッチングストップを十分に働かせることができるので、振動板１００の厚さや面荒れを精度よく調整することができる。
【００３６】
また、キャビティ基板３には、共通液滴室であるリザーバ７０の一部となる断面台形状の第２のリザーバ凹部７０ｄが形成されている。なお、第２のリザーバ凹部７０ｄの壁面７０ｅ（静電アクチュエータ８０側の壁面すなわち電極基板４側の壁面）には、インク供給孔７１が設けられている。
第２の液滴吐出凹部５０ｂと第２のリザーバ凹部７０ｂとの間にはこれらを区画する第２の区画壁５０ｃが設けられ、リザーバ基板２の第１の区画壁６０ａと接合して区画壁９０を形成する。
【００３７】
こうして形成されたリザーバ７０において、キャビティ基板３の第２のリザーバ凹部７０ｂとリザーバ基板２の断面長方形凹部７０ｃとによって形成される断面ほぼ逆凹状の部分であって、インク供給孔７１よりも区画壁９０側に位置する部分、すなわち断面ほぼＬ字状に囲まれた部分には、気泡捕獲部７０ｆが形成される。なお、リザーバ７０の第２のリザーバ凹部７０ｄの壁面７０ｅは薄肉化されており、キャビティ基板３を電極基板４と接合した際に、共通リザーバ７０に生じた圧力変動を緩衝させるダイアフラム（後述）が形成されるようにしてある。
【００３８】
一方、キャビティ基板３の気泡吐出部Ｂは、液滴吐出部Ａのように第２の液滴吐出凹部５０ｂと第２のリザーバ凹部７０ｄが第２の区画壁５０ｃによって区画されているのでなく、区画壁を設けず、凹部が連通した断面台形状の気泡連通凹部３１を形成する。こうして、リザーバ基板２の第１のリザーバ凹部７０ａとともにリザーバ７０を形成し、リザーバ基板２の第１の気泡吐出凹部５１ａとともに供給口６１を経て気泡排出用のノズル連通孔２１に至る気泡排出室５１を形成する。このようにして、気泡吐出部Ｂにおいては、リザーバ７０から各供給口６１を経て各気泡吐出室５１までの流路抵抗を、液滴吐出部Ａにおけるリザーバ７０から各オリフィス６０を経て各液滴吐出室５０までの流路抵抗よりも小さくして、気泡を含んだ液滴が共通リザーバ７０から気泡排出室５１に容易に移動できるようにしてある。
【００３９】
気泡吐出室５１の壁面（静電アクチュエータ８１側の壁面）には気泡排出用の振動板１０１が形成されている。この気泡排出用の振動板１０１は、シリコンに高濃度のボロンを拡散することにより形成されるボロン拡散層により形成することができる。
また、キャビティ基板３の少なくとも表面（少なくとも静電アクチュエータ８１側の表面）には、例えばＴＥＯＳ（Tetraethylorthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン、珪酸エチル）を原料としたプラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition：化学気相成長法)によるＳｉＯ2 膜からなる絶縁膜が形成されている（図示せず）。この絶縁膜は、インクジェットヘッドの駆動時における絶縁破壊や短絡を防止するために設けられている。
【００４０】
次に、電極基板４について述べる。
電極基板４は、ガラス材から作製されている。なかでも、キャビティ基板３のシリコン材と熱膨張係数の近い硼珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いるのが適している。硼珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いることにより、電極基板４とキャビティ基板３を陽極接合する際、両基板の熱膨張係数が近いため、電極基板４とキャビティ基板３との間に生じる応力を低減することができ、その結果、剥離等の問題を生じることなく、電極基板４とキャビティ基板３を強固に接合することができる。
【００４１】
電極基板４の液滴吐出部Ａには、キャビティ基板３の各振動板１００に対向する表面の位置に、それぞれ凹部８０ａが設けられている。各凹部８０ａは、エッチングにより所定の深さに形成されている。そして、各凹部８０ａの表面には、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）からなる液滴吐出用の個別電極８０ｂが、スパッタにより形成されている。液滴吐出用の振動板１００と液滴吐出用の個別電極８０ｂとの間に形成されるエアギャップＧ（空隙）は、インクジェットヘッドの吐出特性に大きく影響する。
【００４２】
このエアギャップＧの開放端部は、エポキシ接着剤等からなる封止材８０ｃにより気密に封止されている。これにより、異物や湿気等がエアギャップＧに侵入するのを防止することができ、インクジェットヘッドの信頼性を高く保持することができる。
なお、液滴吐出用の個別電極８０ｂの材料はＩＴＯに限定するものではなく、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）、あるいは金、銅等の金属を用いてもよい。しかし、ＩＴＯは透明であるので振動板の当接具合の確認が行いやすいことなどの理由から、一般にはＩＴＯが用いられている。
こうして、キャビティ基板３における液滴吐出用の振動板１００と電極基板４における液滴吐出用の個別電極８０ｂの間には、エアギャップＧを介して液滴吐出用の静電アクチュエータ８０（液滴吐出用の吐出機構）が形成されている。
【００４３】
キャビティ基板３のリザーバ７０の壁面７０ｅは薄肉化されて、この薄肉部において電極基板４の凹部９０ａと接合されており、この薄肉化された壁面７０ｅによって、リザーバ７０に生じた圧力変動を緩衝させるダイアフラム９５が形成されている。
【００４４】
一方、電極基板４の気泡吐出部Ｂには、キャビティ基板３の各振動板１０１に対向する表面の位置に、それぞれ凹部８１ａが設けられている。各振動板１０１は薄肉化されており、静電力によって容易に駆動できるようにしてある。各凹部８１ａは、エッチングにより所定の深さに形成されている。そして、各凹部８１ａの表面には、ＩＴＯからなる個別気泡排出用の個別電極８１ｂが、スパッタにより形成されている。
こうして、キャビティ基板３における気泡排出用の振動板１０１と電極基板４における気泡排出用の個別電極８１ｂの間には、エアギャップＧを介して気泡排出用の静電アクチュエータ８１（気泡排出用の吐出機構）が形成されている。
上記の気泡排出用の静電アクチュエータ８１の面積は、先の液滴吐出用の静電アクチュエータ８０の面積よりも広くなるようにしてある。
【００４５】
上記のようにして構成した気泡排出用の静電アクチュエータ８１は、液滴の吐出時は原則として気泡排出動作はしていない、すなわち駆動していない。しかしながら、液滴吐出時において、液滴吐出用の静電アクチュエータ８０とは反転に駆動させてもよい。この場合は、気泡排出用のアクチュエータ８１をインクが吐出しない程度に液滴吐出用の静電アクチュエータ８０とは反転に駆動させることにより、リザーバ７０内の圧力変動を緩衝させることができる。
【００４６】
電極基板４の個別電極（液滴吐出部Ａ及び気泡吐出部Ｂの各個別電極８０ｂ，８１ｂ）の端子部８０ｄ，８１ｄは、リザーバ基板２およびキャビティ基板３の端部が開口された電極取り出し部９６に露出している。そして、この電極取り出し部９６において、インクジェットヘッドの動作（液滴吐出動作及び気泡吐出動作）を制御するために、駆動制御回路が搭載されたフレキシブル配線基板が、液滴吐出部Ａ及び気泡吐出部Ｂの各個別電極８０ｂ，８１ｂの端子部８０ｄ，８１ｄと、キャビティ基板３の端部に設けられた電極（この場合、電極は液滴吐出部Ａ側と気泡吐出部Ｂ側とでは別の電極となる）とにそれぞれ接続されている（図示せず）。
【００４７】
ここで、上記のように構成されたインクジェットヘッドの動作について説明する。
インクジェットヘッドには、外部のインクカートリッジ（図示せず）内のインクが、インク供給孔７１を通じて、リザーバ７０内に供給される。そして、液滴吐出部Ａの液滴吐出機構ａにおいては、個々のオリフィス６０を通って、それぞれの液滴吐出室５０、液滴吐出用のノズル連通孔２０より、液滴吐出用のノズル孔１０の先端まで満たされ、気泡排出部Ｂの気泡吐出機構ｂにおいては、個々の供給口６１を通って、それぞれの気泡吐出室５１、気泡排出用のノズル連通孔２１より、気泡排出用のノズル孔１１の先端まで満たされている。
【００４８】
まず、液滴吐出部Ａの液滴吐出機構ａにおけるインク吐出動作を説明する。
駆動制御回路により液滴吐出用の個別電極８０ｂに駆動信号（パルス電圧）を供給すると、個別電極８０ｂに駆動制御回路からパルス電圧が印加され、個別電極８０ｂをプラスに帯電させ、一方、これに対応する液滴吐出用の振動板１００はマイナスに帯電する。このとき、個別電極８０ｂと振動板１００の間に静電気力が発生し、この静電気力により、振動板１００は個別電極８０ｂ側に引き寄せられて撓む。これによって、液滴吐出室５０の容積が増大する。次に、パルス電圧をオフにすると、上記の静電気力がなくなり、振動板１００はその弾性力により元に戻り、その際、液滴吐出室５０の容積が急激に減少する。このため、そのときの圧力により、液滴吐出室５０内のインクの一部が液滴吐出用のノズル連通孔２０を通過し、インク滴となって液滴吐出用のノズル孔１０から吐出される。そして、再びパルス電圧が印加され、振動板１００が個別電極８０ｂ側に撓み、インクが共通リザーバ７０からオリフィス６０を通って液滴吐出室５０内に補給される。
【００４９】
インク吐出時には、液滴吐出機構ａにおいて振動板１００が駆動してインク吐出動作が行われるが、この際、気泡吐出部Ｂの気泡吐出機構ｂでは、気泡排出用の振動板１０１は原則として駆動せず停止している。しかしながら、液滴吐出時においても、気泡吐出機構ｂの振動板１０１を反転駆動させて、液滴吐出機構ａを駆動した際に発生する圧力変動を緩衝するようにしてもよい。
【００５０】
次に、気泡吐出部Ｂの気泡排出機構ｂにおける気泡排出動作を説明する。
リザーバ７０内のインクに含まれる気泡は、液滴吐出部Ａに設けられた気泡捕獲部７０ｆの断面ほぼＬ字状をなす壁部で囲まれた部分に捕獲されている。
インクに含まれた気泡を吐出しようとするときは、まず制御駆動回路から液滴吐出機構ａへのパルス電圧をオフにして、液滴吐出機構ａの液滴吐出用の振動板１００の駆動を停止する。そして、インクジェットヘッドを移動させて、インクジェットヘッドの気泡排出用のノズル孔１１に気泡排出用のキャップ（図示せず）を当接する。
次に、気泡吐出機構ｂのパルス電圧をオンにして、気泡吐出機構ｂの気泡排出用の振動板１０１を駆動させる。この際、気泡吐出機構ｂの気泡排出用の静電アクチュエータ８１の面積を液滴吐出機構ａの液滴吐出用の静電アクチュエータ８０の面積よりも大きくしてあるので、気泡吐出機構ｂにおいて、気泡排出に必要な吐出エネルギーを確実に確保することができる。
【００５１】
気泡排出用の振動板１０１を駆動すると、リザーバ７０の気泡捕獲部７０ｄに捕獲されている気泡はインクとともに、気泡吐出機構ｂの供給口６１より気泡吐出室５１に移動する。この際、インクに含まれた気泡は、気泡吐出室５１の幅広の通路を気泡吐出室５１の上面に沿って移動するため、流路抵抗が小さくて済み、気泡吐出室５１内に容易に誘導される。
【００５２】
気泡吐出室５１に至った気泡は、インクとともに気泡排出用のノズル連通孔２１を通って気泡排出用のノズル孔１１から吐出される。この際、気泡排出用のノズル孔１１に当接する気泡排出用のキャップを通じてインクに含まれた気泡が排出され、キャップに接続されたチューブを経由してスポンジ等に吸収される。この吐出に際しては、気泡排出用のノズル孔１１の径を液滴吐出用のノズル孔１０の径より大きくして気泡排出に最適なノズル径に設定しているので、気泡を効率的かつ確実に吐出することができる。
なお、上記の説明では、気泡吐出部Ｂ（気泡吐出機構ｂ）は液滴吐出部Ａ（液滴吐出機構ａ）の両端に一対設けたが、液滴吐出部Ａ内の任意の位置に設けたものでもよく、その数は１又は２以上であってもよい。
【００５３】
実施の形態１は、ノズル基板１、リザーバ基板２、キャビティ基板３及び電極基板４を積層して流路を形成する液滴吐出ヘッドであって、液滴吐出用の滴吐出機構ａとは別に気泡排出用の気泡吐出機構ｂを設けたので、気泡排出に最適化された吐出機構により、効率的かつ能動的に気泡の排出を行うことができる。また、気泡の排出に際して外部動力が不要であり、このため部品点数を削減し、液滴吐出装置を小型化することができる。
また、液滴吐出ヘッドの気泡吐出機構ｂは、気泡吐出室５１と、気泡吐出室５１の一部に設けられた気泡排出用の静電アクチュエータ８１と、気泡吐出室５１から外部に連通する気泡排出用のノズル孔１１と、気泡吐出室５１からリザーバ７０に連通する供給口６１とからなるので、液滴吐出機構ａと同時に形成することができ、余分なコストがかからない。
さらに、液滴吐出ヘッドの気泡吐出機構ｂの静電アクチュエータ８１は、薄肉化した気泡吐出室５１の壁面の一部を静電引力で駆動するようにしており、静電アクチュエータ８１の構造が簡単なため、気泡吐出機構ｂを所望に位置に所望の数だけ配置することができる。
【００５４】
実施の形態２
図８は、実施の形態１に示した液滴吐出部Ａの液滴吐出機構ａと気泡吐出部Ｂの気泡吐出機構ｂを備えたインクジェットヘッドを、インクジェットプリンタ２００に適用した場合を示す斜視図である。ここでは、液滴吐出機構ａによってインクをプリント紙に吐出し、気泡吐出機構ｂによってインクに含まれた気泡を吐出し排出するが、液滴吐出ヘッドから吐出する液体はインクに限定されない。例えば、カラーフィルタとなる基板に吐出させる用途においては、カラーフィルター用の顔料を含む液体、有機化合物等の電界発光素子を用いた表示パネル（ＯＬＥＤ等）の基板に吐出させる用途においては、発光素子となる化合物を含む液体、基板上に電気配線する用途においては、例えば導電性金属を含む液体を、それぞれの装置において設けられた液滴吐出ヘッドから吐出させるようにしてもよい。また、液滴吐出ヘッドをディスペンサとし、生体分子のマイクロアレイとなる基板に吐出する用途に用いる場合では、ＤＮＡ（Deoxyribo Nucleic Acids）、他の核酸、タンパク質等のプローブを含む液体を吐出させるようにしてもよい。その他、布等の染料の吐出等にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態１に係るインクジェットヘッドの概略構成を示す分解斜視図。
【図２】図１の透視状態を示す分解斜視図。
【図３】図１を底面側より見た分解斜視図。
【図４】図３の透視状態を示す分解斜視図。
【図５】図１の液滴吐出部のイ−イ断面図。
【図６】図１の気泡排出部のロ−ロ断面図。
【図７】図６と異なる気泡排出部の断面図。
【図８】本発明の実施の形態２に係るインクジェットヘッドの概略構成を示す分解斜視図。
【符号の説明】
【００５６】
１  ノズル基板、２  リザーバ基板、３  キャビティ基板、４  電極基板、１０  液滴吐出用のノズル孔、１１  気泡排出用のノズル孔、２０  液滴吐出用のノズル連通孔、２１  気泡排出用のノズル連通孔、３１  気泡連通凹部、５０  液滴吐出室、５０ａ  第１の液滴吐出凹部、５０ｂ  第２の液滴吐出凹部、５０ｃ  第２の区画壁、５１  気泡吐出室、５１ａ  第１の気泡吐出凹部、６０  供給部（オリフィス）、６０ａ  第１の区画壁、６１  供給口、７０  リザーバ、７０ａ  第１のリザーバ凹部、７０ｂ  第２のリザーバ凹部、７０ｅ  第２のリザーバ凹部の壁面、７０ｄ  気泡捕獲部、８０  液滴吐出用の静電アクチュエータ、８０ｂ  液滴吐出用の個別電極、８１  気泡排出用の静電アクチュエータ、８１ｂ  気泡排出用の個別電極、９０  区画壁、９５  ダイアフラム、１００  液滴吐出用の振動板、１０１  気泡排出用の振動板、２００  インクジェットプリンタ、Ａ  液滴吐出部、Ｂ  気泡吐出部、ａ  液滴吐出用の液滴吐出機構、ｂ  気泡排出用の気泡吐出機構、Ｇ  エアギャップ。
【図１】
2008044212.tif 000003
【図２】
2008044212.tif 000004
【図３】
2008044212.tif 000005
【図４】
2008044212.tif 000006
【図５】
2008044212.tif 000007
【図６】
2008044212.tif 000008
【図７】
2008044212.tif 000009
【図８】
2008044212.tif 000010