(57)【要約】【課題】ヘッドの高密度化に伴なって共通液室を介したクロストークが増大して吐出不良が発生し、流路形成部材の機械的強度が低下する。【解決手段】流路板１と、振動板２と、フレーム部材１１とを有し、流路板１にはインク滴を吐出するノズル４がノズル連通路５を介して連通する複数の加圧液室６を含む流路パターンをそれぞれ独立して形成し、フレーム部材１１に共通液室８を形成し、さらに流路板１とフレーム部材１１との間には各加圧液室６を含む流路ターンに対応してそれぞれ独立して形成したインク流入口９を介在させた。【選択図】　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出するノズルが連通する複数の加圧液室と、この複数の加圧液室に液体を供給する共通液室とを有する液滴吐出ヘッドにおいて、前記加圧液室を含む複数の流路パターンをそれぞれ独立して形成した流路形成部材を有し、前記独立した複数の流路パターンで形成される流路と前記共通液室との間にはそれぞれ独立して形成した液体流入口が介在していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記加圧液室を含む流路パターンを形成する流路形成部材と、前記共通液室を形成する共通液室形成部材とを、複数の加圧液室に対応してそれぞれ独立した液体流入口を形成した部材を介して積層接合したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記加圧液室と、前記液体流入口が臨む液体流入室と、前記加圧液室と液体流入室との間の流体流動制御部と有し、前記流体流動制御部は前記加圧液室及び液体流入室よりも流体抵抗が大きいことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項３に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記流体流動制御部及び液体流入口は前記加圧液室及び液体流入室よりも流体抵抗が大きいことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記流体流動制御部と前記加圧液室及び／又は液体流入室との接続部分はテーパ形状であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
請求項３ないし５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記液体流入室の体積が前記加圧液室の体積よりも小さいことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記加圧液室の一端部側が前記液体流入口に臨んでいることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記液体流入口は前記加圧液室を含む流路よりも流体抵抗が大きいことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項９】
請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記加圧液室と、この加圧液室に連通する流体流動制御部とを有し、前記液体流入口が前記流体流動制御部に臨むことを特徴とする特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１０】
請求項９に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記流体流動制御部の並び方向の幅が前記液体流入口の並び方向の幅よりも大きいことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１１】
請求項９に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記流体流動制御部の並び方向の幅が前記液体流入口の並び方向の幅よりも小さいことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１２】
請求項１ないし１１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記加圧液室を形成する流路形成部材には気泡排出用流路が設けられていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１３】
請求項１２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記気泡排出用流路に臨む液体流入口は他の液体流入口よりも開口面積が大きいことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを製造する製造方法であって、前記加圧液室を形成する流路形成部材は面方位（１１０）のシリコンウエハをドライエッチング及び異方性ウエットエッチングの組み合わせで形成することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１５】
インク滴を吐出するインクジェットヘッドとこのインクジェットヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したインクカートリッジにおいて、前記インクジェットヘッドが請求項１ないし１３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするインクカートリッジ。
【請求項１６】
インク滴を吐出させて画像を記録するインクジェット記録装置において、前記請求項１ないし１３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド又は請求項１４に記載のインクカートリッジを備えていることを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は液滴吐出ヘッド及びその製造方法、インクカートリッジ、インクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２０００−１０８３５２号公報
【特許文献２】特開平９−５７９６１号公報
【特許文献３】特開２０００−１７７１１９号公報
【０００３】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像記録装置（画像形成装置）として用いるインクジェット記録装置の記録ヘッドを構成するインクジェットヘッドとして、インク流路内のインクを加圧するエネルギーを発生するアクチュエータ手段として、圧電素子を用いてインク流路の壁面を形成する振動板を変形させてインク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させるいわゆるピエゾ型のもの、或いは、発熱抵抗体を用いてインク流路内でインクを加熱して気泡を発生させることによる圧力でインク滴を吐出させるいわゆるサーマル型のもの、インク流路の壁面を形成する振動板と電極とを対向配置し、振動板と電極との間に発生させる静電力によって振動板を変形させることで、インク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させる静電型のものなどが知られている。
【０００４】
これらの各種ヘッドにおいては、一般的に、図３０に示すように、流路形成部材１００１に液滴を吐出するノズルが連通する複数の加圧液室（インク流路）１００２と、複数の加圧液室１００２が共通に連通し、各加圧液室１００２にインクを供給するための共通液室１００３とを形成している。
【０００５】
さらに、加圧液室内のインクを加圧して液滴を吐出させるときに、一部のインクが共通液室側に逆流して、共通液室を介して他の加圧液室に影響を与えるため、一般的には、
【特許文献１】、
【特許文献２】、
【特許文献３】にも記載されているように、加圧液室と共通液室との間に流体抵抗の大きな流体抵抗部（流体流動制御部）を設けるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のインクジェットヘッドにあっては、流路形成部材に加圧液室及び流体抵抗部を含む複数の流路パターン（流路パターンとは、流路を形成するパターンの意味である。）と加圧液室にインクを供給する共通液室が形成されているため、複数の流路パターンは流路形成部材に形成された共通液室を介して隣接する流路パターンと連通している。
【０００７】
そのため、加圧液室内で与えられたエネルギーは、直接的に共通液室に圧力波として伝わり、その圧力波は共通液室を介して周辺の加圧液室に影響を与え、特に、複数のノズルから同時にインク滴を吐出させる場合に、各加圧液室からの圧力波が共通液室で干渉（クロストーク）を起こし、インク滴吐出の不安定あるいは吐出不良を引き起こすことがあるという課題がある。
【０００８】
また、上述したように加圧液室と共通液室とを同じ流路形成部材に形成しているために、高密度化に伴なって流路形成部材の機械的強度が低下しているという課題もある。
【０００９】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で吐出不良がなく、安定した滴吐出が行えるとともに、流路形成部材の機械的強度を増加する構成が可能な液滴吐出ヘッド及びその製造方法、インクカートリッジ、安定した高画質記録が可能なインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、加圧液室を含む複数の流路パターンはそれぞれ独立して形成した流路形成部材を有し、独立した複数の流路パターンで形成される流路と共通液室との間にはそれぞれ独立して形成した液体流入口が介在している構成としたものである。
【００１１】
ここで、加圧液室を含む流路パターンを形成する流路形成部材と共通液室を形成する共通液室形成部材とを、複数の加圧液室に対応してそれぞれ独立した液体流入口を形成した部材を介して積層接合することが好ましい。
【００１２】
また、加圧液室と、液体流入口が臨む液体流入室と、加圧液室と液体流入室との間に介在する流体流動制御部とを有し、流体流動制御部は加圧液室及び液体流入室よりも流体抵抗が大きいことが好ましい。この場合、流体流動制御部及び液体流入口は加圧液室及び液体流入室よりも流体抵抗が大きいことが好ましい。
【００１３】
さらに、流体流動制御部と加圧液室及び／又は液体流入室との接続部分はテーパ形状であることが好ましい。
【００１４】
また、液体流入室の体積が加圧液室の体積よりも小さいことが好ましい。さらに、加圧液室の一部が液体流入口が臨む構成とすることができる。さらにまた、液体流入口は加圧液室を含む流路よりも流体抵抗が大きいことが好ましい。
【００１５】
さらに、加圧液室とこの加圧液室に連通する流体流動制御部とを含み、液体流入口が流体流動制御部に臨む構成とすることができ、この場合、流体流動制御部の並び方向の幅が液体流入口の並び方向の幅よりも大きい構成、或いは、流体流動制御部の並び方向の幅が液体流入口の並び方向の幅よりも小さい構成とすることができる。
【００１６】
また、加圧液室を形成する流路形成部材には気泡排出用流路が設けられていることが好ましく、この場合、気泡排出用流路に臨む液体流入口は他の液体流入口よりも開口面積が大きいことが好ましい。
【００１７】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、本発明に係るの液滴吐出ヘッドを製造する製造方法であって、加圧液室を形成する流路形成部材は面方位（１１０）のシリコンウエハをドライエッチング及び異方性ウエットエッチングの組み合わせで形成する構成としたものである。
【００１８】
本発明に係るインクカートリッジは、インク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドとこのヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したものである。
【００１９】
本発明に係るインクジェット記録装置は、インク滴を吐出させる本発明に係る液滴吐出ヘッド又は本発明に係るインクジェットヘッド一体型のインクカートリッジを備えるものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。本発明の液滴吐出ヘッドの実施形態に係るインクジェットヘッドについて図１ないし図４を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの分解斜視説明図、図２は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図３は同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図、図４は同ヘッドの要部平面説明図である。
【００２１】
このインクジェットヘッドは、面方位（１１０）の単結晶シリコン基板で形成した流路形成部材である流路板１と、この流路板１の下面に接合した振動板２と、流路板１の上面に接合したノズル板３とを有し、これらによって液滴であるインク滴を吐出するノズル４がノズル連通路５を介して連通する複数の加圧液室６を含む流路を形成している。
【００２２】
そして、流路形成部材である流路板１に形成した加圧液室６を含む複数の流路パターンは独立して形成している。すなわち、流路板１においては個々の流路パターンは他の部位を通じて連通していないパターンである。この流路板１には、振動板２を介してフレーム部材１１を接着接合している。
【００２３】
フレーム部材１１には各加圧液室６にインクを供給するための共通液室８を形成している。振動板２は各加圧液室６の一端部に対応してそれぞれ独立して形成した液体流入口であるインク流入口９を有する。
【００２４】
これにより流路板１に形成したそれぞれ独立した流路パターンで形成される流路と共通液室８との間にそれぞれの加圧液室６に対応して独立したインク流入口９が介在することになる。なお、ここでは、液体流入口であるインク流入口９は振動板２に形成しているが、振動板２とは別の薄層部材を用いることもできる。
【００２５】
振動板２の外面側（液室と反対面側）に各加圧液室６に対応して加圧液室６内のインクを加圧するための駆動手段（アクチュエータ手段）である電気機械変換素子としての積層型圧電素子１２を先端部を接合し、この圧電素子１２の他端部はベース基板１３に接合している。ベース基板１３はチタン酸バリウム、アルミナ、フォルステライトなどの絶縁性基板を用いている。
【００２６】
また、圧電素子１２の間には加圧液室６、６間の隔壁部６ａに対応して支柱部１４を設けている。ここでは、圧電素子部材にハーフカットのダイシングによるスリット加工を施すことで櫛歯状に分割して、１つ毎に圧電素子１２と支柱部１４して形成している。支柱部１４も構成は圧電素子１２と同じであるが、駆動電圧を印加しないので単なる支柱となる。
【００２７】
さらに、振動板２の外周部は前記フレーム部材１１にギャップ材を含む接着剤１７にて接合している。このフレーム部材１１には、前述したように共通液室８となる凹部を形成し、この共通液室８に外部からインクを供給するための図示しないインク供給穴を形成している。このフレーム部材１１は、例えばエポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成している。
【００２８】
ここで、流路板１は、、例えば結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板を後述するようにドライエッチングによる深堀と水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）、ＴＭＡＨ液などのエッチング液を用いた異方性エッチングとを併用することで、ノズル連通路５、加圧液室６を構成する穴部や凹部を形成したものである。
【００２９】
そして、流路板１のインクに接する面（液流路の壁面）となる加圧液室６、インク供給路７の各壁面には酸化膜、窒化チタン膜或いはポリイミドなどの有機樹脂膜からなる耐液性薄膜を成膜している。このような耐液性薄膜を形成することで、シリコン基板からなる流路板１がインクに対して溶出しにくく、また濡れ性も向上するため気泡の滞留が生じにくく、安定した滴吐出が可能になる。
【００３０】
振動板２は、ニッケルの金属プレートから形成したもので、例えばエレクトロフォーミング法（電鋳法）で作製しているが、この他の金属板や樹脂板或いは金属と樹脂板との接合部材などを用いることもできる。
【００３１】
この振動板２は加圧液室６に対応する部分に変形を容易にするための厚みが２〜１０μｍの薄肉部（ダイアフラム部）２１及び圧電素子１２と接合するための厚肉部（島状凸部）２２を形成するとともに、支柱部１４に対応する部分及びフレーム部材１６との接合部にも厚肉部２３を形成し、平坦面側を流路板１に接着剤接合し、島状凸部２２を圧電素子１２に接着剤接合し、更に厚肉部２３を支柱部１４及びフレーム部材１６に接着剤１７で接合している。なお、ここでは、振動板２を２層構造のニッケル電鋳で形成している。この場合、ダイアフラム部２１の厚みは３μｍ、幅は３５μｍ（片側）としている。
【００３２】
ノズル板３は各加圧液室６に対応して直径１０〜３５μｍのノズル４を形成し、流路板１に接着剤接合している。このノズル板３としては、ステンレス、ニッケルなどの金属、金属とポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂との組み合せ、、シリコン、及びそれらの組み合わせからなるものを用いることができる。ここでは、電鋳工法によるＮｉメッキ膜等で形成している。また、ノズル４の内部形状（内側形状）は、ホーン形状（略円柱形状又は略円錘台形状でもよい。）に形成し、このノズル４の穴径はインク滴出口側の直径で約２０〜３５μｍとしている。さらに、各列のノズルピッチは１５０ｄｐｉとし、２列配置により３００ｄｐｉとしている。
【００３３】
また、ノズル板３のノズル面（吐出方向の表面：吐出面）には、図示しない撥水性の表面処理を施した撥水処理層を設けている。撥水処理層としては、例えば、ＰＴＦＥ−Ｎｉ共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装、蒸発性のあるフッ素樹脂（例えばフッ化ピッチなど）を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、インク物性に応じて選定した撥水処理膜を設けて、インクの滴形状、飛翔特性を安定化し、高品位の画像品質を得られるようにしている。
【００３４】
圧電素子１２は、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電層３１と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極層３２とを交互に積層したものであり、内部電極３２を交互に端面の端面電極（外部電極）である個別電極３３、共通電極３４に電気的に接続したものである。この圧電常数がｄ３３である圧電素子１２の伸縮により加圧液室６を収縮、膨張させるようになっている。圧電素子１２に駆動信号が印加され充電が行われると伸長し、また圧電素子１２に充電された電荷が放電すると反対方向に収縮するようになっている。
【００３５】
なお、圧電素子部材の一端面の端面電極はハーフカットによるダイシング加工で分割されて個別電極３３となり、他端面の端面電極は切り欠き等の加工による制限で分割されずにすべての圧電素子１２で導通した共通電極３４となる。
【００３６】
そして、圧電素子１２の個別電極３３には駆動信号を与えるために半田接合又はＡＣＦ（異方導電性膜）接合若しくはワイヤボンディングでＦＰＣケーブル３５を接続し、このＦＰＣケーブル３５には各圧電素子１２に選択的に駆動波形を印加するための駆動回路（ドライバＩＣ）を接続している。また、共通電極３４は、圧電素子の端部に電極層を設けて回し込んでＦＰＣケーブル３５のグラウンド（ＧＮＤ）電極に接続している。
【００３７】
このように構成したインクジェットヘッドにおいては、例えば、記録信号に応じて圧電素子１２に駆動波形（１０〜５０Ｖのパルス電圧）を印加することによって、圧電素子１２に積層方向の変位が生起し、振動板２を介して加圧液室６内のインクが加圧されて圧力が上昇し、ノズル４からインク滴が吐出される。
【００３８】
その後、インク滴吐出の終了に伴い、加圧液室６内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性と駆動パルスの放電過程によって加圧液室６内に負圧が発生してインク充填行程へ移行する。このとき、図示しないインクタンクから供給されたインクは共通液室８に流入し、共通液室８からインク流入口９を経て加圧液室６内に充填される。
【００３９】
ここで、このヘッドでは、加圧液室６を含む流路パターンは流路形成部材である流路板１にそれぞれ独立して形成され、それ自体では従来の流路形成部材のように共通液室を介して連通していないパターンである。そして、各加圧液室６を含む流路パターン６は、それぞれ独立した液体流入口９を介して共通液室８に連通している。
【００４０】
このように流路形成部材に形成する加圧液室を含む流路パターンを隣接する流路パターンから独立させることで、各ビット毎のコンプライアンスが均一になりクロストークの発生を低減することができる。さらに、加圧液室を形成する流路形成部材と、共通液室を形成する共通液室形成部材（ここではフレーム部材１１）とを別部材とすることができるので、流路形成部材としては共通液室に必要な凹部面積（体積）の減少を図ることができて機械強度が増加し、流路形成部材の面積を小さくすることができることで小型化、低コスト化を図れる。
【００４１】
すなわち、共通液室を樹脂部材などのフレーム部材に設けることにより安価に容積の大きな共通液室を形成することができ、インク滴吐出を行った場合に加圧液室から共通液室へ伝わる衝撃波を大きな容量の共通液室で減衰させることができて、クロストークを低減することができ、吐出不良がなく、安定した滴吐出を行うことができ、信頼性の高いヘッドが得られる。
【００４２】
また、流路形成部材と共通液室部材と独立した開口部である液体流入口を形成した積層部材を積層することで、各ビット毎の液体流入口の開口サイズが可変となってインク供給圧力を個別的に制御することができるようになり、各ビットのインク圧力バランス設計の自由度を増し、高密度、高信頼性化を図ることができる。
【００４３】
ここで、このインクジェットヘッドにおいては、加圧液室６をそのままの大きさで振動板２のインク流入口９に臨ませることで、加圧液室６とインク流入口９との間には流体抵抗部となる加圧液室６に比して小さな断面積の液体供給路を設けていない構成としている。また、インク流入口９の開口断面積は加圧液室６の開口断面積と略同じに形成している。
【００４４】
これは、インクとして高粘度インク（粘度５ｃＰ（２５℃）以上のインク）を用いた場合、高周波でインク滴吐出を行おうとすると、インク自体の粘度が高いために、加圧液室を含む流路に流体抵抗部があると、却ってノズルへの液体供給量が不足して吐出が不安定になることが生じる。特に、ノズル密度が３００ｄｐｉ以上の場合にその傾向が増大することが確認された。そこで、加圧液室への液供給側に加圧液室に比して小さな断面積の部分を持たない形状にすることによって、流体抵抗を低減して、ノズルへの液体供給量不足による液滴吐出不良が生じることがないようにしているのである。この場合、インク滴吐出時に生じる供給側へのインクの逆流はインク自体の粘度によって抑制することができる。
【００４５】
そこで、実験に用いた高粘度インクの一例について説明する。このインク（これを「本発明のインク」という。）は、次の構成（１）〜（１０）よりなる印字用インク（記録用インク）であるが、これに限るものではない。
【００４６】
（１）顔料（自己分散性顔料）６ｗｔ％以上
（２）湿潤剤１
（３）湿潤剤２
（４）水溶性有機溶剤
（５）アニオンまたはノニオン系界面活性剤
（６）炭素数８以上のポリオールまたはグリコールエーテル
（７）エマルジョン
（８）防腐剤
（９）ｐＨ調製剤
（１０）純水
【００４７】
すなわち、印字（記録）するための着色剤として顔料を使用し、それを分解、分散させるための溶剤とを必須成分とし、更に添加剤として、湿潤剤、界面活性剤、エマルジョン、防腐剤、ｐＨ調整剤とを含んでいる。湿潤剤１と湿潤剤２とを混合するのは各々湿潤剤の特徴を活かすためと、粘度調整が容易にできるためである。
【００４８】
以下、上記各インク構成要素について、より具体的に説明する。
（１）の顔料に関しては、特にその種類を限定することなく、無機顔料、有機顔料を使用することができる。無機顔料としては、酸化チタン及び酸化鉄に加え、コンタクト法、ファーネス法、サーマル法などの公知の方法によって製造されたカーボンブラックを使用することができる。また、有機顔料としては、アゾ顔料（アゾレーキ、不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料、キレートアゾ顔料などを含む）、多環式顔料（例えば、フタロシアニン顔料、ぺリレン顔料、ぺリノン顔料、アントラキノン顔料、キナクリドン顔料、ジオキサジン顔料、チオインジゴ顔料、イソインドリノン顔料、キノフラロン顔料など）、染料キレート（例えば、塩基性染料型キレート、酸性染料型キレートなど）、ニトロ顔料、ニトロソ顔料、アニリンブラックなどを使用できる。
【００４９】
本発明のインクの好ましい態様によれば、これらの顔料のうち、水と親和性の良いものが好ましく用いられる。顔料の粒径は、０．０５μｍから１０μｍ以下が好ましく、さらに好ましくは１μｍ以下であり、最も好ましくは０．１６μｍ以下である。インク中の着色剤としての顔料の添加量は、６〜２０重量％程度が好ましく、より好ましくは８〜１２重量％程度である。
【００５０】
本発明のインクの好ましく用いられる顔料の具体例としては、以下のものが挙げられる。
黒色用としては、ファーネスブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック等のカーボンブラック（Ｃ．Ｉ．ピグメントブラック７）類、または銅、鉄（Ｃ．Ｉ．ピグメントブラック１１）、酸化チタン等の金属類、アニリンブラック（Ｃ．Ｉ．ピグメントブラック１）等の有機顔料が挙げられる。
【００５１】
さらに、カラー用としては、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１（ファストイエローＧ）、３、１２（ジスアゾイエローＡＡＡ）、１３、１４、１７、２４、３４、３５、３７、４２（黄色酸化鉄）、５３、５５、８１、８３（ジスアゾイエローＨＲ）、９５、９７、９８、１００、１０１、１０４、４０８、１０９、１１０、１１７、１２０、１３８、１５３、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ５、１３、１６、１７、３６、４３、５１、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１、２、３、５、１７、２２（ブリリアントファーストスカレット）、２３、３１、３８、４８：２（パーマネントレッド２Ｂ（Ｂａ））、４８：２（パーマネントレッド２Ｂ（Ｃａ））、４８：３（パーマネントレッド２Ｂ（Ｓｒ））、４８：４（パーマネントレッド２Ｂ（Ｍｎ））、４９：１、５２：２、５３：１、５７：１（ブリリアントカーミン６Ｂ）、６０：１、６３：１、６３：２、６４：１、８１（ローダミン６Ｇレーキ）、８３、８８、１０１（べんがら）、１０４、１０５、１０６、１０８（カドミウムレッド）、１１２、１１４、１２２（キナクリドンマゼンタ）、１２３、１４６、１４９、１６６、１６８、１７０、１７２、１７７、１７８、１７９、１８５、１９０、１９３、２０９、２１９、Ｃ．Ｉ．ピグメントバイオレット１（ローダミンレーキ）、３、５：１、１６、１９、２３、３８、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１、２、１５（フタロシアニンブルーＲ）、１５：１、１５：２、１５：３（フタロシアニンブルーＥ）、１６、１７：１、５６、６０、６３、Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン１、４、７、８、１０、１７、１８、３６等がある。
【００５２】
その他顔料（例えばカーボン）の表面を樹脂等で処理し、水中に分散可能としたグラフト顔料や、顔料（例えばカーボン）の表面にスルホン基やカルボキシル基等の官能基を付加し水中に分散可能とした加工顔料等が使用できる。
【００５３】
また、顔料をマイクロカプセルに包含させ、該顔料を水中に分散可能なものとしたものであっても良い。
【００５４】
本発明のインクの好ましい態様によれば、ブラックインク用の顔料は、顔料を分散剤で水性媒体中に分散させて得られた顔料分散液としてインクに添加されるのが好ましい。好ましい分散剤としては、従来公知の顔料分散液を調整するのに用いられる公知の分散液を使用することができる。
【００５５】
分散液としては、例えば以下のものが挙げられる。
ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、アクリル酸−アクリロニトリル共重合体、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体、アクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、スチレン−アクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−メタクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−α−メチルスチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−α−メチルスチレン−アクリル酸共重合体−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、ビニルナフタレン−マレイン酸共重合体、酢酸ビニル−エチレン共重合体、酢酸ビニル−脂肪酸ビニルエチレン共重合体、酢酸ビニル−マレイン酸エステル共重合体、酢酸ビニル−クロトン酸共重合体、酢酸ビニル−アクリル酸共重合体等が挙げられる。
【００５６】
本発明のインクの好ましい態様によれば、これらの共重合体は重量平均分子量が３、０００〜５０、０００であるのが好ましく、より好ましくは５、０００〜３０、０００、最も好ましくは７、０００〜１５、０００である。分散剤の添加量は、顔料を安定に分散させ、他の効果を失わせない範囲で適宣添加されて良い。分散剤としては１：０．０６〜１：３の範囲が好ましく、より好ましくは１：０．１２５〜１：３の範囲である。
【００５７】
着色剤に使用する顔料は、記録用インク全重量に対して６重量％〜２０重量％含有し、０．０５μｍ〜０．１６μｍ以下の粒子径の粒子であり、分散剤により水中に分散されていて、分散剤が、分子量５、０００から１００、０００の高分子分散剤である。水溶性有機溶剤が少なくとも１種類にピロリドン誘導体、特に、２−ピロリドンを使用すると画像品質が向上する。
【００５８】
（２）〜（４）の湿潤剤１、２と水溶性有機溶剤に関しては、本発明のインクの場合、インク中に水を液媒体として使用するものであるが、インクを所望の物性にし、インクの乾燥を防止するために、また、溶解安定性を向上するため等の目的で、例えば下記の水溶性有機溶剤が使用される。これら水溶性有機溶剤は複数混合して使用してもよい。
【００５９】
湿潤剤と水溶性有機溶剤の具体例としては、例えば以下のものが挙げられる。エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、テトラエチレングリコール、ヘキシレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、グリセロール、１，２、６−ヘキサントリオール、１，２，４−ブタントリオール、１，２，３−ブタントリオール、ペトリオール等の多価アルコール類；
【００６０】
エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の多価アルコールアルキルエーテル類；
【００６１】
エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノベンジルエーテル等の多価アルコールアリールエーテル類；
【００６２】
２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−ヒドロキシエチル−２−ピロリドン、１，３−ジメチルイミイダゾリジノン、ε−カプロラクタム、γ−ブチロラクトン等の含窒素複素環化合物；
【００６３】
ホルムアミド、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミド等のアミド類；
【００６４】
モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン等のアミン類；
【００６５】
ジメチルスルホキシド、スルホラン、チオジエタノール等の含硫黄化合物類；プロピレンカーボネート、炭酸エチレン等である。
【００６６】
これら有機溶媒の中でも、特にジエチレングリコール、チオジエタノール、ポリエチレングリコール２００〜６００、トリエチレングリコール、グリセロール、１，２，６−ヘキサントリオール、１，２，４−ブタントリオール、ペトリオール、１，５−ペンタンジオール、２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドンが好ましい。これらは溶解性と水分蒸発による噴射特性不良の防止に対して優れた効果が得られる。
【００６７】
その他の湿潤剤としては、糖を含有してなるのが好ましい。糖類の例としては、単糖類、二糖類、オリゴ糖類（三糖類および四糖類を含む）および多糖類があげられ、好ましくはグルコース、マンノース、フルクトース、リボース、キシロース、アラビノース、ガラクトース、マルトース、セロビオース、ラクトース、スクロース、トレハロース、マルトトリオースなどが挙げられる。ここで、多糖類とは広義の糖を意味し、α−シクロデキストリン、セルロースなど自然界に広く存在する物質を含む意味に用いることとする。
【００６８】
また、これらの糖類の誘導体としては、前記した糖類の還元糖（例えば、糖アルコール（一般式ＨＯＣＨ２（ＣＨＯＨ）ｎＣＨ２ＯＨ（ここでｎ＝２〜５の整数を表す。）で表される。）、酸化糖（例えば、アルドン酸、ウロン酸など）、アミノ酸、チオ酸などがあげられる。特に糖アルコールが好ましく、具体例としてはマルチトール、ソルビットなどが挙げられる。
【００６９】
これら糖類の含有量は、インク組成物の０．１〜４０重量％、好ましくは０．５〜３０重量％の範囲が適当である。
【００７０】
（５）の界面活性剤に関しても、特に限定はされないが、アニオン性界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンアルキルエーテル酢酸塩、ドデシルベンゼンスルホン酸塩、ラウリル酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルサルフェートの塩などが挙げられる。
【００７１】
非イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミドなどが挙げられる。前記界面活性剤は、単独または二種以上を混合して用いることができる。
【００７２】
本発明のインクにおける表面張力は紙への浸透性を示す指標であり、特に表面形成されて１秒以下の短い時間での動的表面張力を示し、飽和時間で測定される静的表面張力とは異なる。測定法としては特開昭６３−３１２３７号公報等に記載の従来公知の方法で１秒以下の動的な表面張力を測定できる方法であればいずれも使用できるが、本発明ではＷｉｌｈｅｌｍｙ式の吊り板式表面張力計を用いて測定した。表面張力の値は４０ｍＪ／ｍ２以下が好ましく、より好ましくは３５ｍＪ／ｍ２以下とすると優れた定着性と乾燥性が得られる。
【００７３】
（６）の炭素数８以上のポリオールまたはグリコールエーテルに関しては、２５℃の水中において０．１〜４．５重量％未満の間の溶解度を有する部分的に水溶性のポリオールおよび／またはグリコールエーテルを記録用インク全重量に対してを０．１〜１０．０重量％添加することによって、該インクの熱素子への濡れ性が改良され、少量の添加量でも吐出安定性および周波数安定性が得られることが分かった。▲１▼２−エチル−１、３−ヘキサンジオール　溶解度：４．２％（２０℃）　▲２▼２、２、４−トリメチル−１、３−ペンタンジオール　溶解度：２．０％（２５℃）。
【００７４】
２５℃の水中において０．１〜４．５重量％未満の間の溶解度を有する浸透剤は溶解度が低い代わりに浸透性が非常に高いという長所がある。したがって、２５℃の水中において０．１〜４．５重量％未満の間の溶解度を有する浸透剤と他の溶剤との組み合わせや他の界面活性剤との組み合わせで非常に高浸透性のあるインクを作製することが可能となる。
【００７５】
（７）本発明のインクには樹脂エマルジョンが添加されている方が好ましい。樹脂エマルジョンとは、連続相が水であり、分散相が次の様な樹脂成分であるエマルジョンを意味する。分散相の樹脂成分としてはアクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、スチレン−ブタジエン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、アクリル−スチレン系樹脂、ブタジエン系樹脂、スチレン系樹脂などが挙げられる。
【００７６】
本発明のインクの好ましい態様によれば、この樹脂は親水性部分と疎水性部分とを併せ持つ重合体であるのが好ましい。また、これらの樹脂成分の粒子径はエマルジョンを形成する限り特に限定されないが、１５０ｎｍ程度以下が好ましく、より好ましくは５〜１００ｎｍ程度である。
【００７７】
これらの樹脂エマルジョンは、樹脂粒子を、場合によって界面活性剤とともに水に混合することによって得ることができる。例えば、アクリル系樹脂またはスチレン−アクリル系樹脂のエマルジョンは、（メタ）アクリル酸エステルまたはスチレンと、（メタ）アクリル酸エステルと、場合により（メタ）アクリル酸エステルと、界面活性剤とを水に混合することによって得ることができる。樹脂成分と界面活性剤との混合の割合は、通常１０：１〜５：１程度とするのが好ましい。界面活性剤の使用量が前記範囲に満たない場合、エマルジョンとなりにくく、また前記範囲を超える場合、インクの耐水性が低下したり、浸透性が悪化する傾向があるので好ましくない。
【００７８】
前記エマルジョンの分散相成分としての樹脂と水との割合は、樹脂１００重量部に対して水６０〜４００重量部、好ましくは１００〜２００の範囲が適当である。
【００７９】
市販の樹脂エマルジョンとしては、マイクロジェルＥ−１００２、Ｅ−５００２（スチレン−アクリル系樹脂エマルジョン、日本ペイント株式会社製：いずれも商品名）、ボンコート４００１（アクリル系樹脂エマルジョン、大日本インキ化学工業株式会社製：商品名）、ボンコート５４５４（スチレン−アクリル系樹脂エマルジョン、大日本インキ化学工業株式会社製：商品名）、ＳＡＥ−１０１４（スチレン−アクリル系樹脂エマルジョン、日本ゼオン株式会社製：商品名）、サイビノールＳＫ−２００（アクリル系樹脂エマルジョン、サイデン化学株式会社製：商品名）、などが挙げられる。
【００８０】
本発明のインクは、樹脂エマルジョンを、その樹脂成分がインクの０．１〜４０重量％となるよう含有するのが好ましく、より好ましくは１〜２５重量％の範囲である。
【００８１】
樹脂エマルジョンは、増粘・凝集する性質を持ち、着色成分の浸透を抑制し、さらに記録材への定着を促進する効果を有する。また、樹脂エマルジョンの種類によっては記録材上で皮膜を形成し、印刷物の耐擦性をも向上させる効果を有する。
【００８２】
（８）〜（１０）本発明のインクには上記着色剤、溶媒、界面活性剤の他に従来より知られている添加剤を加えることができる。
例えば、防腐防黴剤としてはデヒドロ酢酸ナトリウム、ソルビン酸ナトリウム、２−ピリジンチオール−１−オキサイドナトリウム、安息香酸ナトリウム、ペンタクロロフェノールナトリウム等が使用できる。
【００８３】
ｐＨ調整剤としては、調合されるインクに悪影響を及ぼさずにｐＨを７以上に調整できるものであれば、任意の物質を使用することができる。その例として、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアミン、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属元素の水酸化物、水酸化アンモニウム、第４級アンモニウム水酸化物、第４級ホスホニウム水酸化物、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属の炭酸塩等が挙げられる。
【００８４】
キレート試薬としては、例えば、エチレンジアミン四酢酸ナトリウム、ニトリロ三酢酸ナトリウム、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸ナトリウム、ジエチレントリアミン五酢酸ナトリウム、ウラミル二酢酸ナトリウム等がある。
【００８５】
防錆剤としては、例えば、酸性亜硫酸塩、チオ硫酸ナトリウム、チオジグリコール酸アンモン、ジイソプロピルアンモニウムニトライト、四硝酸ペンタエリスリトール、ジシクロヘキシルアンモニウムニトライト等がある。
【００８６】
このような本発明のインクを使用することによって、特に普通紙上に印字した場合でも、良好な色調（十分な発色性、色再現性を有する。）、高い画像濃度、文字を含む画像にフェザリング現象やカラーブリード現象のない鮮明な画質、両面印刷にも耐え得るインク裏抜け現象の少ない画像、高速印刷に適したインク乾燥性（定着性）、耐光性、耐水性などの高い堅牢性を有した画像等、これらの画像特性に対して十分に満足できる高画質画像を形成することができるようになる。
【００８７】
この本発明のインクのように、特に、粘度が５ｃＰ以上、より好ましい粘度８ｃＰ以上のインクを用いた場合には、インク滴吐出時にインクをノズル５に不足なく供給できなければ、高速で安定した滴吐出を行うことができなくなる。
【００８８】
そこで、本発明のインクを用いて実験したところ、特に３００ｄｐｉ以上のノズル密度で、インク粘度８ｃＰ以上の場合には、前述したように加圧液室６への供給路中に流体抵抗が大きな所謂流体抵抗部を持たない構成とすることで、安定したインク供給を行うことができ、安定した滴吐出を行えることが確認できた。勿論、クロストークの防止による吐出不良、吐出不安定を抑制して吐出安定性を確保するという目的からは、以下に述べるように、流体抵抗部となる流体流動制御部を設けることができる。
【００８９】
次に、本発明の第２実施形態について図５を参照して説明する。なお、同図は同実施形態に係るヘッドの要部平面説明図である。
この実施形態は、流路板１に、ノズル連通路５、加圧液室６を形成するとともに、加圧液室６とインク流入口９との間に、インク流入口９が臨む液体流入室１０、液体流入室１０と加圧液室６との間に流体抵抗部となる流体流動制御部７を設けたものである。
【００９０】
ここで、流体流動制御部７の流体抵抗は加圧液室６及び液体流入室１０の流体抵抗よりも大きくなるように、加圧液室６及び液体流入室１０の開口断面積よりも開口断面積が小さくなるように形成している。
【００９１】
このヘッドにおいては、流体抵抗は流体流動制御部７によって略決定され、インクの逆流の防止及び導入インク圧力の緩和を図ることができ、信頼性を向上できる。また、同一部材（ここでは流路板１）に加圧液室、液体流動制御部、液体流入室（これらで流路パターンを構成する。）を設けることにより、吐出特性及び逆流防止の液体流動制御部の形成精度が加圧液室と同レベルで制御良く形成できる。さらに、液体流入室を設けることにより、液体供給時の圧力緩和及び逆流発生時のシンクの効果を持たせることができる。
【００９２】
次に、本発明の第３実施形態について図６及び図７を参照して説明する。なお、図６は同実施形態に係る１チャンネル分の流路の平面説明図、図７は図６のＡ−Ａ線に沿う断面説明図である。なお、第１、第２実施形態と対応する部分には同一符号を付している。
【００９３】
この実施形態では、インク流入口１９に流体抵抗部としての機能を持たせるため、加圧液室６の開口面積よりもインク流入口１９の開口面積を小さく、つまり流体抵抗を大きくしたものである。
【００９４】
このように、本発明では、各加圧液室についてそれぞれ独立した液体流入口を設けているので、液体流入口で流体抵抗部（第２実施形態の流体流動制御部）を兼ねることが可能になり、インクの逆流の防止及び導入インク圧力の緩和を図ることができ、信頼性を向上できる。また、この場合、流路形成部材である流路板１には流体流動制御部を設ける必要がないので、流路形成部材の流路パターンが簡単になる。
【００９５】
次に、本発明の第４実施形態について図８及び図９を参照して説明する。なお、図８は同実施形態に係る１チャンネル分の流路の平面説明図、図９は図８のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図である。なお、第１、第２実施形態と対応する部分には同一符号を付している。
【００９６】
この実施形態では、加圧液室６と液体流入室１０との間に流体抵抗部となる流体流動制御部７を設けるとともに、第３実施形態と同様にインク流入口２９を加圧液室６の開口面積よりも小さく形成して流体抵抗を持たせている。
【００９７】
このように、この実施形態では２つの流体抵抗部を設けることで、インクの逆流の防止及び導入インク圧力の緩和をより効果的に図ることができ、信頼性を向上できる。
【００９８】
次に、流体流動制御部の構成の一例について図１０及び図１１を参照して説明する。なお、図１０は流路板の流路パターンの平面説明図、図１１はその断面説明図である。
ここでは、流体流動制御部７は、液体流入室１０側及び加圧液室６側との接続部分に平面形状で見たときに、すなわち、図１１に示すように、ノズル配列方向の幅を液体流入室１０及び加圧液室６よりも狭くし、かつ、液体流入室１０及び加圧液室６との接続部分にテーパ部７ａ、７ｂを形成している。この場合、同図１２に示すように、断面形状では、流体流動制御部７は液体流入室１０及び加圧液室６と同じ深さを有する形状としている。
【００９９】
このように、流体流動制御部７の液体流入室１０及び加圧液室６との接続部分にテーパ部を設けることによってインクの流れがスムーズになって圧力変動による気泡の発生や気泡の滞留が低減する。
【０１００】
次に、流体流動制御部の構成の他の例について図１２及び図１３を参照して説明する。なお、図１２は流路板の流路パターンの平面説明図、図１３はその断面説明図である。
ここでは、流体流動制御部７は、液体流入室１０側及び加圧液室６側との接続部分に平面形状で見たときに、すなわち、同図１３に示すように、ノズル配列方向の幅を液体流入室１０及び加圧液室６よりも狭くし、かつ、液体流入室１０及び加圧液室６との接続部分にテーパ部７ａ、７ｂを形成するとともに、同図１４に示すように、液体流入室１０及び加圧液室６よりも深さを浅くして、液体流入室１０及び加圧液室６との接続部分にテーパ部７ｃ、７ｄを形成している。
【０１０１】
このように、流体流動制御部７には深さも浅くすることでより流体抵抗を大きくすることができ、この場合でも、流体流動制御部７の液体流入室１０及び加圧液室６との各接続部分にテーパ部を設けることによってインクの流れがスムーズになって圧力変動による気泡の発生や気泡の滞留が低減する。
【０１０２】
なお、上記各例では、液体流入室１０及び加圧液室６の両接続部分にテーパ部を形成しているが、いずれか一方でもよい。好ましくは、液体流入室１０側にはテーパー部を設ける。
【０１０３】
次に、本発明の第５実施形態について図１４及び図１５を参照して説明する。なお、図１４は同実施形態に係る１チャンネル分の流路の平面説明図、図１５はその断面説明図である。なお、第１、第２実施形態と対応する部分には同一符号を付している。
【０１０４】
この実施形態では、流体流動制御部７をインク流入口９に臨ませ、インク流入口９の並び方向の幅ｂを流体流動制御部７の並び方向の幅ａよりも大きくしている。この場合には、インク流入口９と液体流動制御部７の重なり部分が最狭部となり、液体の流れの制御を司る部分となる。この構成では流路板１と振動板２とのアライメントが多少ずれても、最狭部の面積には影響を与えない。
【０１０５】
次に、本発明の第６実施形態について図１６及び図１７を参照して説明する。なお、図１６は同実施形態に係る１チャンネル分の流路の平面説明図、図１７はその断面説明図である。なお、第１、第２実施形態と対応する部分には同一符号を付している。
【０１０６】
この実施形態では、流体流動制御部７をインク流入口９に臨ませ、インク流入口９の並び方向の幅ｂを流体流動制御部７の並び方向の幅ａよりも小さくしている。この場合には、インク流入口９が最狭部となり、液体の流れの制御を司る部分となる。
【０１０７】
次に、本発明の第７実施形態について図１８を参照して説明する。なお、同図は同実施形態に係るヘッドの流路板の平面説明図である。
この実施形態では、液体流入室１０の体積を加圧液室６の体積よりも小さくしている。これにより、加圧時には、加圧液室６より液体流入室１０の圧力上昇が大きく、逆流防止効果が得られ、液体供給時には、加圧液室６より液体流入室１０の圧力低下が大きく効率良い液体供給が行える。
【０１０８】
次に、本発明の第８実施形態について図１９及び図２０を参照して説明する。なお、同１９は同実施形態に係るヘッドの流路板の平面説明図、図２０は図１９の共通液室長手方向の断面説明図である。
【０１０９】
この実施形態では、加圧液室６の並び方向の両端部に加圧液室６及び流体流動部７と略同様の形状の流路と、液体流入部１０よりも大きな形状の流路とを含む気泡排出用流路５０を形成し、この気泡排出用流路５０には振動板２に設けた気泡排出用流入口５１を臨ませている。
【０１１０】
この気泡排出用流入口５１はインク流入口９よりも大きな開口面積で形成し、気泡が相対的に液体流入口９よりも気泡排出用流入口５１に優先して導入することができて、気泡排出効果をよりを高めている。なお、各図では、フレーム部材１１の共通液室８へ外部からインクを供給するためのインク供給穴１８を図示している。
【０１１１】
このように、気泡排出専用の流路５０を個別に設けることにより、気泡排除効率が向上して信頼性が向上する。通常は圧力低下部であり液溜まり部である共通液室の端部に設けることが効果的であるが、ビット数の増大に応じた共通液室内の気泡発生箇所からの気泡を有効に排除できるように配置することにより、ビット数増大チップへの対応が可能となる。
【０１１２】
次に、上述した各種実施形態に係るヘッドにつき、まず、加圧時の逆流防止に関して、図５を参照して一例を説明する。図５に示すように、流路形成部材である流路板１に形成した、加圧液室６、流体流動制御部（最狭部）７、液体流入室１０、振動板２に形成した液体流入口９のサイズ構成（深さ×幅×長さ）を次のとおりとする。
【０１１３】
加圧液室６：７０〜１１０μｍ×１３９μｍ×２０００μｍ
流体流動制御部（最狭部）７：７０〜１１０μｍ×６０μｍ×１０００μｍ
液体流入室１０：７０〜１１０μｍ×１３９μｍ以下×３００〜２０００μｍ
振動板２の液体流入口９：１００μｍ×１５０μｍ
【０１１４】
ここで、流体断面積を比較すると、加圧液室６：７０〜１１０μｍ×１３９μｍ、流体流動制御部（最狭部）７：７０〜１１０μｍ×６０μｍ、液体流入室１０：７０〜１１０μｍ×１３９μｍ以下、液体流入口９：１００μｍ×１５０μｍで、流体流動制御部（最狭部）７が最も小さくなり、液体流入口９が最も大きくなる。
【０１１５】
したがって、流体流動制御部７がインク吐出性能の決定、及び加圧時の逆流防止の役割を担うが、さらに液体流入室１０でシンクタンクの役割を果たすことになる。さらに、液体流入口９を液体流入室１０より小さくすることにより効果が向上することは明らかである。
【０１１６】
次に、気泡発生防止に関して、図１０ないし図１４を参照して説明する。テーパ部７ａ〜７ｄの形成は加圧液室６などの流路パターン形成時のマスクをパターンニングして、流路パターン形成時に同時に形成する。また、（１１０）ウェハを使用しＫＯＨの異方性エッチにより流路パターンを形成をする際には結晶軸面の傾きにより自動形成できる。さらに、前述の逆流防止効果は無くなるが、流路板１への液体流入口９をより大きく、例えば開口サイズを１３９×２００μｍとすることにより、インク流入圧変動を緩和でき気泡発生防止の効果が得られる。
【０１１７】
さらに、気泡排除に関して、図１９及び図２０を参照して説明する。例えば、図２０に示すように共通液室８にテーパ−８ａを形成することによって、インク供給口１８から離れたところにおけるインク流速の低下を小さくすることができ、気泡の滞留を低減することができる。しかし、インク供給口１８から遠く離れた所においてはインク流速が低下し、気泡が滞留することがある。その解決手段として、最端部に気泡排出用流路５０を設ける。気泡排出用流路５０に連通する図示しないノズルからインクごと気泡を吸引することによって気泡を排除することができる。気泡排出用流路５０および液体流入口５１は、液体流入室１０及び他の液体流入口９よりも大きくする（例えば２倍）ことが好ましい。
【０１１８】
また、機械強度について説明する。前述したように流路形成部材に共通液室を設けると、シリコンの面積が大きくなりコストが増大する。シリコンをエッチングする部分が多くなるので、流路形成部材の強度が低下し、製造工程中破損などが生じる。また、各ビット毎の隔壁が共通液室部分で無くなり強度が劣化し、振動時にノイズ発生を起すことがある。本発明によるとシリコンエッチング面積が減少し、ビットごとの隔壁を残すことにより流路形成部材の機械強度が向上させ、加圧液室部動作時の振動によるノイズを防止することができる。
【０１１９】
次に、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法に係る製造工程の一例について図２１及び図２２を参照して説明する。
先ず、図２１（ａ）に示すように、厚さ４００μｍで面方位（１１０）のシリコン基板（シリコンウエハを用いる。）９１を用意し、このシリコン基板９１両表面に厚さ１．０μｍのシリコン酸化膜９２ａ、９２ｂを形成した。
【０１２０】
なお、使用するウエハの種類は両面研磨ウエハ、両面未研磨ウエハ、片面未研磨ウエハのいずれのウエハであっても良く、また比抵抗も揃っている必要はなく、例えばここでは、比抵抗０．１−１００Ωｃｍのウエハを使用している。
【０１２１】
次いで、同図（ｂ）に示すように、シリコン基板９１のノズル板接合面側のシリコン酸化膜９２ａ表面に、ノズル連通路５を形成するための開口を有するレジストパターン９４を形成した。そして、ドライエッチングを行って、シリコン酸化膜９２ａに、ノズル連通路５を形成するための開口９５をパターニングする。
【０１２２】
その後、同様にして、同図（ｃ）に示すように、シリコン基板９１の振動板接合面側のシリコン酸化膜９２ｂ表面に、加圧液室６及びインク供給路７並びに液体流入室１０を形成するための開口を有するレジストパターン１０２を形成し、ドライエッチングを行ってシリコン酸化膜９２ｂに加圧液室６、インク供給路７及び液体流入室１０を形成するための開口１０３をパターニングする。
【０１２３】
その後、同図（ｄ）に示すように、レジストでシリコン酸化膜９２ａの開口９５の一部を埋め込み、ノズル連通路５を形成するための開口１０５を有するレジストパターン１０６を形成した。このときのレジストの膜厚は８μｍとした。
【０１２４】
そして、図２２（ａ）に示すように、レジストパターン１０６をマスクとしてＩＣＰドライエッチャーを使用して、シリコン基板９１にノズル連通路５を形成するための掘り込み１０７を形成した。ここでは、ＩＣＰエッチングはノズル板接合面側から行っている。
【０１２５】
次いで、同図（ｂ）に示すように、レジストパターン１０６を除去して、水酸化カリウム水溶液によりシリコン基板９１の異方性エッチングを行ってノズル連通路５となる貫通孔１１５、加圧液室６となる凹部１１６を形成した。ここで、加圧液室部形成時のシリコンの異方性エッチングは、水酸化カリウム水溶液として溶液濃度３０％のものを用いて、処理温度８５℃で行った。
【０１２６】
そして、同図（ｃ）に示すように、シリコン酸化膜９２ａ、９２ｂを除去し、その後図示しないが、耐インク接液膜（耐液性薄膜）としてシリコン酸化膜を１μｍの厚さで形成して、インクジェット用流路板１を得た。
【０１２７】
このように、この製造工程においては、液室形成部材をシリコンから形成し、ドライエッチングによる深堀と異方性ウェットエッチングとを併用して、必要なノズル連通路や加圧液室などの流路を形成したので、精度よく加圧液室を形成することが可能となり、吐出特性にばらつきのないヘッドが得られた。
【０１２８】
そして、シリコン酸化膜をマスクとして異方性ウェットエッチングを行ったので、マスク作製工程を非常に簡単でかつ短工期に行うことができるので、低コスト化を図れる。
【０１２９】
次に、図２３を参照して、流体流入口の他の構成について説明する。この例では、前述した振動板２と共通液室部材１１との間に接合部材１８を介在させて、振動板２に形成した開口９ａと接合部材１８に形成した開口９ｂによって流体流入口９を形成している。
【０１３０】
このようにすれば、流体流入口９における流速を変化させる流体抵抗長さを振動板２の厚みの制限を受けることなく設定することができる。
【０１３１】
上記本発明に係る液滴吐出ヘッドの実施形態においては、圧力発生手段として積層型圧電素子を用いた例で説明しているがこれに限るものではなく、例えば図２４ないし図２６に示すように、その他の圧力発生手段を用いるヘッドにも本発明を適用することができる。
【０１３２】
すなわち、図２４に示す液滴吐出ヘッドは、振動板２に薄膜圧電素子１９１を用いたヘッドである。また、図２５に示す液滴吐出ヘッドは、振動板２に所定のギャップを置いて対向する電極１９２を設けた電極基板１９３を備え、振動板２と電極１９２との間で静電力を発生させることで振動板２を電極１９２側に変形させる静電型ヘッドである。さらに、図２６に示す液滴吐出ヘッドは、振動板２に代えて電極基板１９４を接合し、この電極基板１９４の加圧液室６側にインクを加熱して膜沸騰で気泡を発生させる発熱抵抗体１９５を配設したサーマル型ヘッドである。
【０１３３】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドとインクタンクとを一体化したインクカートリッジについて図２７を参照して説明する。
このインクカートリッジ（インクタンク一体型ヘッド）２００は、ノズル孔２０１等を有する本発明に係るインクジェットヘッド２０２と、このインクジェットヘッド２０２に対してインクを供給するインクタンク２０３とを一体化したものである。
【０１３４】
このようにインクタンク一体型のヘッドの場合、ヘッドの信頼性はただちに全体の信頼性につながるので、上述したように信頼性の高い本発明に係る液滴吐出ヘッドを一体化することで、安定した吐出が行えて、小型化低コスト化を図れ、高画質記録が可能なインクカートリッジが得られる。
【０１３５】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドからなるインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置の一例について図２８及び図２９を参照して説明する。なお、図２８は同記録装置の斜視説明図、図２９は同記録装置の機構部の側面説明図である。
【０１３６】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体２１１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明に係るインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部２１２等を収納し、装置本体２１１の下方部には前方側から多数枚の用紙２１３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）２１４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙２１３を手差しで給紙するための手差しトレイ２１５を開倒することができ、給紙カセット２１４或いは手差しトレイ２１５から給送される用紙２１３を取り込み、印字機構部２１２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ２１６に排紙する。
【０１３７】
印字機構部２１２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド２２１と従ガイドロッド２２２とでキャリッジ２２３を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ２２３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドからなるヘッド２２４を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ２２３にはヘッド２２４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ２２５を交換可能に装着している。なお、上述したインクタンク一体型ヘッドである本発明に係るインクカートリッジを搭載するようにすることもできる。
【０１３８】
インクカートリッジ２２５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。
【０１３９】
また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド２２４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
【０１４０】
ここで、キャリッジ２２３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド２２１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド２２２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ２２３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ２２７で回転駆動される駆動プーリ２２８と従動プーリ２２９との間にタイミングベルト２３０を張装し、このタイミングベルト２３０をキャリッジ２２３に固定しており、主走査モーター２２７の正逆回転によりキャリッジ２２３が往復駆動される。
【０１４１】
一方、給紙カセット２１４にセットした用紙２１３をヘッド２２４の下方側に搬送するために、給紙カセット２１４から用紙２１３を分離給装する給紙ローラ２３１及びフリクションパッド２３２と、用紙２１３を案内するガイド部材２３３と、給紙された用紙２１３を反転させて搬送する搬送ローラ２３４と、この搬送ローラ２３４の周面に押し付けられる搬送コロ２３５及び搬送ローラ２３４からの用紙２１３の送り出し角度を規定する先端コロ２３６とを設けている。搬送ローラ２３４は副走査モータ２３７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【０１４２】
そして、キャリッジ２２３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ２３４から送り出された用紙２１３を記録ヘッド２２４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材２３９を設けている。この印写受け部材２３９の用紙搬送方向下流側には、用紙２１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ２４１、拍車２４２を設け、さらに用紙２１３を排紙トレイ２１６に送り出す排紙ローラ２４３及び拍車２４４と、排紙経路を形成するガイド部材２４５，２４６とを配設している。
【０１４３】
記録時には、キャリッジ２２３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド２２４を駆動することにより、停止している用紙２１３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙２１３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙２１３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙２１３を排紙する。
【０１４４】
また、キャリッジ２２３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド２２４の吐出不良を回復するための回復装置２４７を配置している。回復装置２４７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ２２３は印字待機中にはこの回復装置２４７側に移動されてキャッピング手段でヘッド２２４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【０１４５】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド２２４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【０１４６】
このように、このインクジェット記録装置においては本発明を実施したインクジェットヘッドを搭載しているので、信頼性の高く高品質記録を行うことができる記録装置が得られる。
【０１４７】
なお、上記実施形態においては、本発明に係る液滴吐出ヘッドをインクジェットヘッドに適用したが、インク以外の液体の滴、例えば、パターニング用の液体レジストを吐出する液滴吐出ヘッド、遺伝子分析試料を吐出する液滴吐出ヘッドなどにも適用することできる。
【０１４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、加圧液室を含む流路パターンをそれぞれ独立して流路形成部材に設け、各流路パターンはそれぞれ独立した液体流入口を介して共通液室に連通させることで、吐出不良等のない安定した滴吐出を行うことができ、また、液室形成部材の機械強度の増加が可能になって小型化、低コスト化を図れる。
【０１４９】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、（１１０）シリコンウェハを用いてドライエッチングおよびＫＯＨ異方性ウェットエッチングにて流路形成部材を形成するので、液体の流れを淀みなく行う流路を形成可能で、安定した吐出特性が得られる高信頼性のヘッドが得られる。
【０１５０】
本発明に係るインクカートリッジによれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドとインクタンクを一体化したので、安定した滴吐出を行うことができる小型で低コストのインクカートリッジが得られるようになる。
【０１５１】
本発明に係るインクジェット記録装置によれば、インクジェットヘッドが本発明に係る液滴吐出ヘッド又はインクカートリッジである構成としたので、高い信頼性で高画質記録を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液滴吐出ヘッドの第１実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視説明図
【図２】同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図
【図３】同ヘッドの液室短手方向に沿う要部断面説明図
【図４】同ヘッドの流路形成部材の要部平面説明図
【図５】同第２実施形態に係るインクジェットヘッドの流路形成部材の要部平面説明図
【図６】同第３実施形態に係るインクジェットヘッドの流路形成部材の流路パターンの平面説明図
【図７】図６のＡ−Ａ線に沿う断面説明図
【図８】同第４実施形態に係るインクジェットヘッドの流路形成部材の流路パターンの平面説明図
【図９】図８のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図
【図１０】流体流動部の構成の一例を説明する流路パターンの平面説明図
【図１１】同じくその断面説明図
【図１２】流体流動部の構成の他の例を説明する流路パターンの平面説明図
【図１３】同じくその断面説明図
【図１４】同第５実施形態に係るインクジェットヘッドの流路形成部材の流路パターンの平面説明図
【図１５】同じくその断面説明図
【図１６】同第６実施形態に係るインクジェットヘッドの流路形成部材の流路パターンの平面説明図
【図１７】同じくその断面説明図
【図１８】同第７実施形態に係るインクジェットヘッドの流路形成部材の平面説明図
【図１９】同第８実施形態に係るインクジェットヘッドの流路形成部材の平面説明図
【図２０】同じくその共通液室長手方向に沿う断面説明図
【図２１】本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造工程の一例を示す断面説明図
【図２２】図２１に続く工程を示す断面説明図
【図２３】流体流入口の他の構成を示す断面説明図
【図２４】本発明に係る液滴吐出ヘッドの他の例を示すヘッドの液室長手方向に沿う要部断面説明図
【図２５】本発明に係る液滴吐出ヘッドの更に他の例を示すヘッドの液室長手方向に沿う要部断面説明図
【図２６】本発明に係る液滴吐出ヘッドの更にまた他の例を示すヘッドの液室長手方向に沿う要部断面説明図
【図２７】本発明に係るインクカートリッジの説明に供する斜視説明図
【図２８】本発明に係る液滴吐出ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の一例を示す斜視説明図
【図２９】同記録装置の機構部の側面説明図
【図３０】従来の液滴吐出ヘッドの流路形成部材の平面説明図
【符号の説明】
１…流路板、２…振動板、３…ノズル板、４…ノズル、５…ノズル連通路、６…加圧液室、７…流体流動制御部、８…共通液室、９…インク流入口、１０…液体流入室、１１…フレーム部材、１２…圧電素子、１３…ベース基板、２００…インクカートリッジ、２１４…記録ヘッド。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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