JP2001162798A

JP2001162798A - 液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドカートリッジ、液体吐出装置、および液体吐出方法

Info

Publication number: JP2001162798A
Application number: JP34855599A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Kubota; 雅彦久保田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-12-08
Filing date: 1999-12-08
Publication date: 2001-06-19

Abstract

(57)【要約】【課題】インク等の液体の吐出量の変化に拘わらず、
その吐出速度をほぼ一定に保つことができる液体吐出ヘ
ッド、液体吐出ヘッドカートリッジ、液体吐出装置、お
よび液体吐出方法を提供すること。【解決手段】選択的に発熱される発熱素子２０１
（１）、２０１（２）と、液体吐出口５０５との間の距
離ＯＨ，ＯＨ′を等しく設定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク等の液体を
吐出可能な液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドカートリッ
ジ、液体吐出装置、および液体吐出方法に関するもので
ある。

【０００２】本発明は、特に、液体としてインクを吐出
することによって、複写機、ファクシミリ、ワープロ、
あるいはホストコンピュータ等の出力端末装置としての
プリンタやビデオプリンタ等に好適に用いることができ
る。すなわち、このような装置に用いることにより、吐
出したインクを被記録媒体上に付着させて、その被記録
媒体に画像を記録することができる。

【０００３】

【従来の技術】液体噴射記録装置として、例えば、イン
クジェット記録装置は、ノンインパクト記録方式である
ため、サイレントの要求される現代ビジネスオフィスや
その他の事務処理部門において、広く普及してきてい
る。また、このようなインクジェット記録装置は、高密
度で高速記録が可能であるという点、また保守が比較的
容易でメンテナンスフリーを図ることができるという点
から、その開発、改良が図られている。

【０００４】例えば、特開昭５４−５９９３６号公報に
記載されているインクジェット記録装置は、その構造的
な特徴から、高密度で高速記録が可能であり、またいわ
ゆるフルライン型の記録ヘッド、つまり被記録媒体の記
録幅の全域に渡って延在する記録ヘッドの設計製造が容
易であるため、その実現が熱望されている。

【０００５】一方、このようなインクジェット記録装置
に用いられるインクジェット記録ヘッドとしては、例え
ば、特公平６２−４８５８５号公報に記載されているよ
うに、１つのノズル内に複数の発熱素子を設けた多値出
力のカラーインクジェット記録ヘッドが提案されてい
る。具体例としては、１つのノズル内に設けたｎ個の発
熱素子のそれぞれに駆動ドライバーを個別に接続して、
それぞれの発熱素子を独立的に駆動できるように構成
し、さらに、それぞれの発熱素子の発熱量を異ならせる
ように、それらの素子サイズを異ならせる。素子サイズ
が異なるｎ個の発熱素子を個別に駆動した場合、駆動す
る発熱素子の素子サイズに応じて、インク吐出口から吐
出されるインク滴の体積が変化し、そのインク滴によっ
て被記録媒体上に形成される記録ドットの大きさが変化
する。さらに、同時に駆動される発熱素子の組合せによ
って、｛_nＣ_n-1＋_nＣ_n-2＋……＋_nＣ₂＋_nＣ₁＋１｝通り
の大きさの記録ドットを形成することができる。つま
り、１ノズル当たり、｛_nＣ_n-1＋_nＣ_n-2＋……＋_nＣ₂＋
_nＣ₁＋１｝値の階調性を得ることができる。このような
素子構成を以下、「多値ヒーター」とも称する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の記録ヘッドの構成においては、複数のノズルから異
なる体積のインク滴を吐出させた場合に、それぞれのイ
ンク体積に応じて、そのインク滴の飛翔速度が異なって
しまう。そのため、例えば、そのような記録ヘッドをシ
リアル方式の記録装置、つまり、記録ヘッドを搭載した
キャリッジを被記録媒体の搬送方向（副走査方向）と直
交する主走査方向に移動させる記録装置に用いた場合、
キャリッジを主走査方向に移動させつつ、複数のノズル
から異なるインク体積のインク滴を同時に吐出させたと
きに、それらの飛翔速度が異なるために、それらのイン
ク滴が被記録媒体上に着弾する位置、つまり記録ドット
の形成位置にずれが生じてしまう。

【０００７】本発明の目的は、インク等の液体の吐出量
の変化に拘わらず、その吐出速度をほぼ一定に保つこと
ができる液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドカートリッ
ジ、液体吐出装置、および液体吐出方法を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の液体吐出ヘッド
は、液体吐出口に連通する液体流路に複数の発熱素子を
備え、それらの発熱素子を選択的に発熱させて、前記液
体流路内の液体に異なる大きさの発泡パワーを与えるこ
とにより、その発泡パワーに応じた量の液体を前記液体
吐出口からほぼ一定の速度で吐出可能な液体吐出ヘッド
であって、前記液体流路内に、前記液体吐出口寄りに位
置する端部を自由端とし、かつ前記液体吐出口から離れ
る側に位置する端部を支点として、前記発泡パワーによ
って揺動される可動部材を備え、選択的に発熱される前
記発熱素子の内の最も前記液体吐出口寄りに位置するも
のと、前記液体吐出口との間の距離がほぼ一定となるよ
うに、前記複数の発熱素子を選択的に発熱させるための
電力を供給する供給回路を備えたことを特徴とする。

【０００９】本発明の液体吐出ヘッドカートリッジは、
上記の液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドに供給す
る液体を収容するタンクとを備えたことを特徴とする。

【００１０】本発明の液体吐出装置は、液体を吐出可能
な液体吐出ヘッドを用いて、前記液体吐出ヘッドから吐
出させた液体を媒体に付着させる液体吐出装置におい
て、前記液体吐出ヘッドとして、上記の液体吐出ヘッド
を用いることを特徴とする。

【００１１】本発明の液体吐出装置は、液体を吐出可能
な液体吐出ヘッドを用いて、前記液体吐出ヘッドから吐
出させた液体を媒体に付着させる液体吐出装置におい
て、前記液体吐出ヘッドとして、上記の液体吐出ヘッド
カートリッジに備わる液体吐出ヘッドを用いることを特
徴とする。

【００１２】本発明の液体吐出方法は、液体吐出口に連
通する液体流路に複数の発熱素子が備えられた液体吐出
ヘッドを用い、前記複数の発熱素子を選択的に発熱させ
て、前記液体流路内の液体に異なる大きさの発泡パワー
を与えることにより、その発泡パワーに応じた量の液体
を前記液体吐出口からほぼ一定の速度で吐出させる液体
吐出方法であって、選択的に発熱される前記発熱素子の
内の最も前記液体吐出口寄りに位置するものと、前記液
体吐出口との間の距離がほぼ一定となるように、前記複
数の発熱素子を選択的に発熱させることを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態の説明に
先立ち、本発明の基本構成を図１（ａ）および（ｂ）に
基づいて説明する。

【００１４】（基本構成）図１（ａ）は、液体吐出ヘッ
ドとしてのインクジェット記録ヘッドをインク滴の吐出
方向に沿って断面した拡大断面図、図１（ｂ）は、図１
（ａ）のＸ−Ｘ′線に沿う拡大断面図である。

【００１５】５０１は、ノズルを構成するインク流路
（液流路）であり、共通液室３０２からインクが供給さ
れる。インク流路５０１内には、大きさの異なる２つの
ヒーター（発熱素子）２０１（１）、２０１（２）が設
けられている。ヒーター２０１（１），２０１（２）
は、駆動電圧が印加されることにより、その大きさに応
じた発泡パワーを出力して、インク流路５０１内のイン
クを発泡させる。その発泡エネルギーによって、インク
流路５０１内のインクが吐出口５０５から吐出される。
また、インク流路５０１内には、ヒーター２０１
（１），２０１（２）上に発生した気泡によって上下に
振動して、気泡の成長方向等を規制する可動部材５０
６，５０７が配備されている。可動部材５０６，５０７
が下動したときの自由端の位置（以下、「先端位置」とい
う）は、対応するヒーター２０１（１），２０１（２）
の吐出口５０５側（図１（ａ）中の左側）の先端位置
（以下、単に「先端位置」という）と同位置に設定されて
いる。また、可動部材５０６，５０７の自由端は、イン
ク流路５０１内の上壁まで上動できるものとする。

【００１６】但し、ヒータ２０１（１），２０１（２）
の先端位置と可動部材５０６，５０７の自由端の位置関
係は、これに限るものではない。しかし、ヒータ２０１
（１）と可動部材５０６の関係は、ヒータ２０１（２）
と可動部材５０７の関係と同じである。つまり、ヒータ
２０１（１）の中央に可動部材５０６の自由端が位置し
ている場合、ヒータ２０１（２）の中央に可動部材５０
７の自由端が位置しているように対応している。

【００１７】ここで、インク流路５０１の平均断面積を
Ｓとする。また、ヒーター２０１（１）の発泡パワーＰ
によって生じる発泡の体積をＶ_Bとし、その発泡エネル
ギーによって吐出されるインク滴の吐出量をＶｄ、その
吐出速度をＶとし、またヒーター２０１（１）と吐出口
５０５との間の距離をＯＨとする。同様に、ヒーター２
０１（２）の発泡パワーＰ′によって生じる発泡の体積
をＶ_B′とし、その発泡エネルギーによって吐出される
インク滴の吐出量をＶｄ′、その吐出速度をＶ′とし、
またヒーター２０１（２）と吐出口５０５との間の距離
をＯＨ′とする。

【００１８】吐出量Ｖｄ，Ｖｄ′は、下式（１）、
（２）によって表される。

【００１９】Ｖｄ＝Ｖ_B×（ＯＨ／Ｓ） ……（１）Ｖｄ′＝Ｖ_B′×（ＯＨ′／Ｓ） ……（２）また、発泡パワーＰ，Ｐ′がインク滴に伝える運動エネ
ルギーの変換効率をｋとすると、発泡パワーＰ，Ｐ′は
下式（３）、（４）によって表される。ρは、インクの
密度である。

【００２０】Ｐ＝ｋ×｛（１／２）×ρＶｄ×Ｖ²｝ ……（３）Ｐ′＝ｋ×｛（１／２）×ρＶｄ′×Ｖ′²｝ ……（４）発泡パワーＰ，Ｐ′は、発泡体積Ｖ_B，Ｖ_B′に依存する
ため、それらは、（Ｖ_B／Ｖ_B′）＝（Ｐ／Ｐ′） ……（５）の関係にあり、その（５）式と、上式（３）、（４）か
ら、｛（Ｖｄ×Ｖ²）／（Ｖｄ′×Ｖ′²）｝＝（Ｐ／Ｐ′） ……（６）が求まり、その式（６）に、上式（１）、（２）、
（５）を代入することによって、下式（７）が求まる。

【００２１】｛（ＯＨ）×Ｖ²｝＝｛（ＯＨ′）×Ｖ′²｝ ……（７）ここで、（ＯＨ）＝（ＯＨ′）とすると、Ｖ＝Ｖ′とな
る。

【００２２】つまり、１つのインク流路５０１内に配さ
れた複数のヒーター２０１（１）、２０１（２）のそれ
ぞれの先端位置から、吐出口５０５までの距離ＯＨ，Ｏ
Ｈ′を同一に設定することによって、インク滴の吐出量
Ｖｄ，Ｖｄ′の如何に拘わらず、それらの吐出速度Ｖ，
Ｖ′を等しくすることができる。つまり、異なるインク
体積のインク滴を吐出させる際に、気泡を発生させるヒ
ーターの先端位置から吐出口までの距離を等しくするこ
とによって、吐出速度を等しくすることができる。した
がって、記録ヘッドにおける複数の吐出口から、異なる
インク体積のインク滴を一定の速度で吐出できることに
なる。

【００２３】以下、このような基本構成を備えた本発明
の具体的な実施例を図面に基づいて説明する。

【００２４】（第１の実施例）図２は、インク流路５０
１部分におけるインクジェット記録ヘッド用基体１００
の拡大断面図である。図２において、１０１はシリコン
基板、１０２は蓄熱層としての熱酸化膜である。１０３
は、蓄熱層を兼ねた層間膜としてのＳｉＯ₂膜、または
Ｓｉ₃Ｎ₄膜、１０４は抵抗層、１０５は、Ａｌ、Ａｌ−
Ｓｉ、Ａｌ−Ｃｕ等のＡｌ合金配線、１０６は、保護膜
としてのＳｉＯ₂膜、またはＳｉ₃Ｎ₄膜である。１０７
は、抵抗層１０４の発熱に伴なう化学的・物理的衝撃か
ら保護膜１０６を守るための耐キャビテーション膜であ
る。また、２０１は、電極配線１０５が形成されていな
い領域における抵抗層１０４の熱作用部、つまり発熱抵
抗体（ヒーター）を形成する部分である。

【００２５】抵抗層１０４において、機能素子としての
発熱抵抗体を形成する熱作用部２０１は、電極としての
配線１０５の間に位置しており、その発熱抵抗体は無論
のこと、抵抗層１０４全体がＴａＮ_0.8を含む構成とな
っている。このＴａＮ_0.8を含む発熱抵抗体は、製造上
のばらつきが少なく、同一基体に多数の発熱抵抗体を形
成しても機能効果の安定性が得られた。しかも、その発
熱抵抗体に対する通電を各種の条件で行っても抵抗変化
が少なく、多数の発熱抵抗体各々の機能が安定して、同
様の作用を発揮することができた。

【００２６】図３は、図２の基体構成を応用して多値ヒ
ーターを形成するように、発熱量が異なる熱作用部（以
下、「ヒーター」という）２０１をレイアウトしたインク
ジェット記録ヘッド用基体の要部の平面図であり、２ノ
ズル分のインク流路５０１に相当する部分を示してい
る。多値ヒーターは、１ノズル当たりに、発熱量が異な
るｎ個のヒーターを備えて構成されており、図３中の２
０１（１），２０１（２），…，２０１（ｎ）のｎ個の
ヒーターが１組のセグメントＳを成し、そのセグメント
Ｓが１ノズル分となっている。多値ヒーターを構成する
ｎ個のヒーター２０１（１），２０１（２），…２０１
（ｎ）の相互間は、数μｍとされている。ヒーター２０
１（１），２０１（２），…２０１（ｎ）のそれぞれ
は、駆動トランジスタに接続されている。２０３は、各
々のヒーター２０１（１），…，２０１（ｎ）に電力を
供給する共通の電極配線である。

【００２７】図４は、図３のヘッド基体にて構成される
電気回路の等価回路であり、１ノズルを形成するインク
流路内の多値ヒーターと、その多値ヒーターを成すヒー
ター２０１（１），２０１（２），…，２０１（ｎ）を
個別に駆動させる駆動トランジスタとしてのＮ−Ｍｏｓ
トランジスタ３０１の他、Ｃ−Ｍｏｓトランジスタ構成
される駆動信号処理のためのシフトレジスタ３０２と、
データを保持するラッチ回路３０３と、各トランジスタ
３０１のそれぞれに接続されるＡＮＤ回路３０７から構
成されている。そのＡＮＤ回路３０７は、ノズルを形成
するインク流路をブロック分割するためのブロック選択
信号（ＢｌｏｃｋＥＮＢ）３０４，セレクト信号（Ｓ
ｅｌｅｃｔ）３０５およびそれらのデータと駆動パルス
信号（ＨｅａｔＥＮＢ）３０６を論理演算し、その演
算結果に基づいて対応するトランジスタ３０１を駆動す
る。ここで、セグメントＳは、インク流路の形成数ｍに
対応するようにＳ（１）〜Ｓ（ｍ）形成されている。

【００２８】２０３は前述した電極配線であり、１ノズ
ル内に構成されるｎ個の多値ヒーターとしてのヒーター
２０１（１），２０１（２），…２０１（ｎ）のそえぞ
れを共通の電源３０９に接続している。さらに、温度調
整用サブヒーター３１１、温度センサー３１２、ヒータ
ーの抵抗値モニター用ヒーター３１３などが構成されて
いる。

【００２９】図４において、ＶＤＤはロジック電源、Ｈ
−ＧＮＤはヒーター駆動電源３０９（ＶＨ）用のＧＮ
Ｄ、Ｌ−ＧＮＤはロジック電源ＶＤＤ用のＧＮＤであ
る。ヒーター駆動電源３０９は、共通配線Ｌ１を介し
て、セグメントＳ（１）〜Ｓ（ｍ）の全てのヒーター２
０１（１）…２０１（ｎ）の端部に接続される。また、
シフトレジスタ３０２は、セグメントＳ（１），Ｓ
（２），…，Ｓ（ｍ）毎に対応するシリアルの画像デー
タ入力信号（Ｉｄａｔａ）と、シフトレジスタ駆動用の
クロック入力信号（Ｃｌｏｃｋ）を入力し、その画像デ
ータをパラレル信号としてラッチ回路３０３に出力す
る。ラッチ回路３０３には、リセット信号（Ｒｅｓｅ
ｔ）とラッチ信号（ＬＴＣＬＫ）が入力され、シフトレ
ジスタ３０２から入力した画像データを一時記憶してか
ら、対応するセグメントＳ（１），Ｓ（２），…，Ｓ
（ｍ）毎のＡＮＤ回路３０７に出力する。駆動パルス信
号（ＨｅａｔＥＮＢ）３０６は、セグメントＳ（１）
〜Ｓ（ｍ）のそれぞれのヒーター２０１（１），２０１
（２），…，２０１（ｎ）に入力される。

【００３０】図４におけるセレクト信号３０５は、セグ
メントＳ（１）〜Ｓ（ｍ）に共通に対応する入力端子１
〜ｎ（Ｓｅｌｅｃｔ１〜ｎ）から入力される。したがっ
て、このセレクト信号３０５によって、各セグメントＳ
（１）〜Ｓ（ｍ）における発熱対象のヒーターが選択で
きることになる。

【００３１】また、図４において３１４はデコーダであ
り、その入力端子１，２，３に対してブロック選択信号
３０４が入力される。その５つの出力端子は、セグメン
トＳ（１）〜Ｓ（ｍ）毎のＡＮＤ回路３０７のそれぞれ
に分けて接続されている。例えば、セグメントＳの数が
Ｓ（１）〜Ｓ（２００）の２００である場合、つまりノ
ズル数が２００の場合に、５つの出力端子の内、第１の
出力端子をノズル番号１〜４０に対応するセグメントＳ
（１）〜Ｓ（４０）のＡＮＤ回路３０７のそれぞれに接
続し、第２の出力端子をノズル番号４１〜８０に対応す
るセグメントＳ（４１）〜Ｓ（８０）のＡＮＤ回路３０
７のそれぞれに接続し、第３の出力端子をノズル番号８
１〜１２０に対応するセグメントＳ（８１）〜Ｓ（１２
０）のＡＮＤ回路３０７のそれぞれに接続し、第４の出
力端子をノズル番号１２１〜１６０に対応するセグメン
トＳ（１２１）〜Ｓ（１６０）のＡＮＤ回路３０７のそ
れぞれに接続し、また第５の出力端子をノズル番号１６
１〜２００に対応するセグメントＳ（１６１）〜Ｓ（２
００）のＡＮＤ回路３０７のそれぞれに接続する。

【００３２】このようにデコーダ３１４を接続した場合
には、ブロック選択信号３０４に応じて、デコーダ３１
４の同一の出力端子に接続される５ブロックのノズル群
がインクを吐出するヒートノズルとして選択され、それ
らの５ブロックのノズル群からのインクの吐出タイミン
グが制御できることになる。

【００３３】図４における駆動素子は、半導体技術によ
りＳｉ基板に形成され、さらに図２のような熱作用部１
２０１が同一基板に形成される。

【００３４】図５は、図４中の主要素子を縦断するよう
に切断した基体の模式的断面図である。

【００３５】Ｐ導電体のＳｉ基板４０１に、一般的なＭ
ｏｓプロセスを用いたイオンプランテーション等の不純
物導入および拡散により、Ｎ型ウェル領域４０２にＰ−
Ｍｏｓ４５０が構成され、Ｐ型ウェル領域４０３にＮ−
Ｍｏｓ４５１が構成されている。Ｐ−Ｍｏｓ４５０およ
びＮ−Ｍｏｓ４５１は、それぞれ厚さ数百Åのゲート絶
縁膜４０８を介して、４０００Å以上５０００Å以下の
厚さにＣＶＤ法で堆積したｐｏｌｙ−Ｓｉによるゲート
配線４１５、およびＮ型あるいはＰ型の不純物導入をし
たソース領域４０５、ドレイン領域４０６等で構成さ
れ、それらＰ−Ｍｏｓ４５０とＮ−Ｍｏｓ４５１により
Ｃ−Ｍｏｓロジックが構成されている。

【００３６】また、素子駆動用のＮ−Ｍｏｓトランジス
タ３０１は、やはり不純物導入および拡散等の工程によ
り、Ｐ型ウェル基板４０２上のドレイン領域４１１、ソ
ース領域４１２およびゲート配線４１３等で構成されて
いる。

【００３７】ここで、素子駆動ドライバとしてＮ−Ｍｏ
ｓトランジスタ３０１を使うと、１つのトランジスタを
構成するドレインゲート間の距離Ｌは、最小値で約１０
μｍとなる。その１０μｍの内訳の１つは、ソースとド
レインのコンタクト４１７の幅であり、それらの幅分は
２×２μｍであるが、実際は、その半分が隣のトランジ
スタとの兼用となるため、その１／２の２μｍである。
内訳の他は、コンタクト４１７とゲート４１３の距離分
の２×２μｍの４μｍと、ゲート４１３の幅分の４μｍ
であり、合計１０μｍとなる。なお、トランジスタ３０
１としては、多値ヒーターを個別に駆動できる能力をも
ち、かつ上述したような微細構造を達成できるものであ
ればよく、何ら、Ｎ−Ｍｏｓトランジスタに限定されな
い。

【００３８】また、各素子間には、５０００Å以上１０
０００Å以下の厚さのフィールド酸化により酸化膜分離
領域４５３が形成され、素子分離されている。このフィ
ールド酸化膜は、熱作用部１０８の下においては一層目
の蓄熱層４１４として作用する。

【００３９】各素子が形成された後、層間絶縁膜４１６
が約７０００Åの厚さにＣＶＤ法によるＰＳＧ，ＢＰＳ
Ｇ膜等で堆積され、熱処理により平坦化処理等をされて
から、コンタクトホールを介して、第１の配線層となる
Ａｌ電極４１７により配線が行われている。その後、プ
ラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ₂ 膜等の層間絶縁膜４１８
を１００００Å以上１５０００Å以下の厚さに堆積し、
更にスルーホールを介して、抵抗層１０４として約１０
００Åの厚さのＴａＮ_0.8,hex 膜をＤＣスパッタ法によ
り形成した。その後、抵抗層１０４によって形成される
各素子２０１（１），２０１（２），…，２０１（ｎ）
への配線となる第２の配線層Ａｌ電極１０５を形成し
た。

【００４０】次に、保護膜１０６としては、プラズマＣ
ＶＤによるＳｉ₃ Ｎ₄ 膜が約１００００Åの厚さに成膜
される。さらに最上層には、耐キャビテーション膜１０
７がＴａ等で約２５００Åの厚さに堆積される。

【００４１】図６は、記録ヘッドのノズル部分の構成例
を説明するための断面図、図７および図８は、そのノズ
ル部分の破断斜視図である。

【００４２】基体１００に設けられたヒーター２０１
は、発泡液流路４から供給された発泡液に対して、それ
に気泡を発生させるための熱エネルギーを付与する。基
体１００上には、インク流路５０１と発泡液流路４との
間を分離する分離壁５が配されている。その分離壁５
は、金属などの弾性を有する材料によって構成されてお
り、ヒーター２０１上にて発生する発泡液の気泡によっ
て、上下振動を繰り返す。分離壁５において、ヒーター
２０１の上方への投影空間Ａに位置する部分は、可動部
材５０６となっている。その可動部材５０６は、吐出口
５０５側に自由端が位置し、かつ共通液室５０２側に支
点が位置する片持梁形状であり、ヒーター２０１上の気
泡発生領域Ｂに面している。

【００４３】図７において、電気熱変換体としてのヒー
ター２０１に電気信号を印加するための配線電極であ
り、基体１００に配されている。可動部材５０６は、共
通液室５０２内に設けられた台座上に取りつけられるよ
うにして、基体１００上に配置されている。

【００４４】本例においては、耐キャビテーション膜１
０７を形成後、共通液室５０２が配される基体１００上
の部分に、厚さ５μｍのＡｕメッキを形成し、その上
に、可動部材５０６を有する厚さ５μｍのニッケル板を
接合した。その接合には、発泡液流路４内の発泡液と、
インク流路５０１内の吐出液としてのインクに対する耐
溶剤性があり、ＡｕとＮｉに対して強固な接着力のある
接着剤を使った。Ａｕ台座とＮｉとを接合してもよい。
基体１００の完成後は、図８に示すように、インクの吐
出のための吐出口５０５等が形成されてインクジェット
記録ヘッドとなる。図８において、１５は、天板１４に
形成された流路壁である。

【００４５】図９は、上述したインクジェット記録ヘッ
ドを装着して利用することのできるインクジェット記録
装置６００の一例を示す概略斜視図である。

【００４６】図９において６０１は、上述したインクジ
ェット記録ヘッドと同様に構成された記録ヘッドであ
る。この記録ヘッド６０１はキャリッジ６０７上に搭載
され、そのキャリッジ６０７は、リードスクリュ６０５
の螺旋溝６０６に対して係合している。そのリードスク
リュ６０５は、駆動力伝達ギア６０３および６０４を介
して、駆動モータ６０２の正逆回転により回転駆動され
る。そして、駆動モータ６０２の動力によって、キャリ
ッジ６０７と共に記録ヘッド６０１がガイド６０８に沿
って矢印ａおよびｂ方向に往復移動されるようになって
いる。また、図示しないプリント媒体供給装置によって
プラテン６０９上に搬送されるプリント用紙Ｐは、紙押
さえ板６１０によって、キャリッジ６０７の移動方向に
渡ってプラテン６０９に押圧される。

【００４７】リードスクリュ６０５の一端の近傍には、
フォトカプラ６１１および６１２が配設されている。こ
れらは、それらの配設位置において、キャリッジ６０７
のレバー６０７ａの存在を確認して、駆動モータ６０２
の回転方向切り換え等を行うためのホームポジション検
知手段を構成している。図において６１３は、記録ヘッ
ド６０１の吐出口５０５のある前面を覆うキャップ部材
６１４を支持する支持部材である。また、６１５は、キ
ャップ部材６１４の内部にヘッド６０１から空吐出等さ
れて溜ったインクを吸引するインク吸引手段である。こ
の吸引手段６１５により、キャップ内開口部６１６を介
して、記録ヘッド６０１の吸引回復、つまり画像の記録
に寄与しないインクを強制的に吸引して、インクの吐出
状態を良好に保つための回復処理が行われる。６１７は
クリーニングブレードであり、６１８はブレード６１７
を前後方向（上記キャリッジ６０７の移動方向と直交す
る方向）に移動可能にする移動部材であり、ブレード６
１７および移動部材６１８は本体支持体６１９に支持さ
れている。ブレード６１７は、この形態に限らず、他の
周知のクリーニングブレードであってもよい。６２０
は、吸引回復の吸引を開始させるためのレバーであり、
キャリッジ６０７と係合するカム６２１の移動に伴って
移動し、駆動モータ６０２からの駆動力がクラッチ切り
換え等の公知の伝達手段で移動制御される。記録ヘッド
６０１の発熱素子２０１（１），２０２（２），…，２
０２（ｎ）に信号を付与したり、各機構の駆動制御を司
ったりする記録制御部は、装置本体側に設けられてお
り、ここには図示しない。

【００４８】このように構成されたインクジェットプリ
ント装置６００は、図示しないプリント媒体給送装置に
よりプラテン６０９上に搬送されるプリント用紙Ｐに対
し、ヘッド６０１が用紙Ｐの全幅にわたって往復移動し
ながらプリントを行う。

【００４９】また、記録ヘッド６０１は、それに供給さ
れるインクや発泡液を収容するタンクと共に、記録ヘッ
ドカートリッジを構成するものであってもよい。

【００５０】（第２の実施形態）図１０は、本発明の第
２の実施形態における多値ヒーターの配置形態の説明図
であり、基体１００上における２ノズル部分が表されて
いる。本例では、２つのヒーター２０１（１）、２０２
（２）がインクの吐出方向（図１０中の上方）に沿って
並び、その２素子１組のセグメントが１ノズル分となっ
ている。ヒーター２０１（１）、２０２（２）の素子間
は、数十μｍである。ヒーター２０１（１）、２０２
（２）のそれぞれは駆動ドライバー７０２（１）、７０
２（２）に接続される。７０３は、ヒーター２０１
(１)、２０１(２)に電力を供給するための共通の電極配
線である。基体１００の他の部分は、前述した第１の実
施形態と同様に構成することができる。

【００５１】図１１は、図１０の基体１００によって構
成されたノズル部分の断面図である。図１２は、吐出口
５０５に近い位置に配されたヒーター２０１（１）のみ
に電気信号が入力されたときの説明図であり、そのヒー
ター２０１（１）の熱エネルギーによって、その上のイ
ンク中に発泡が発生し、その気泡の成長に伴なって可動
部材５０６が変位し、吐出口５０５からインク滴が吐出
される。このときのインク滴の吐出量は２０ｐｌ（ピコ
リットル）であり、その吐出速度は１２（ｍ／ｓｅｃ）
であった。図１３は、ヒーター２０１（１）、２０１
（２）の両方に電気信号が入力されたときの説明図であ
り、それらのヒーター２０１（１）、２０１（２）の熱
エネルギーによって、それらの上のインク中に発泡が発
生し、その気泡の成長に伴なって可動部材５０６が変位
し、吐出口５０５からインク滴が吐出される。このとき
のインク滴の吐出量は８０ｐｌ（ピコリットル）であ
り、その吐出速度は１２（ｍ／ｓｅｃ）であった。

【００５２】インク滴の吐出量２０ｐｌは７２０ｄｐｉ
の記録密度に適し、またインク滴の吐出量８０ｐｌは３
６０ｄｐｉの記録密度に適している。また、それら異な
る吐出量のインク滴の吐出速度が等しいため、記録ヘッ
ドにおける複数のノズルから吐出された異なる吐出量の
インク滴は、被記録媒体上においてずれることなく着弾
する。

【００５３】また、異なる吐出量のインク滴の吐出速度
が等しくなることは、前述した本発明の基本構成の説明
からも明らかである。すなわち、気泡を発生させるヒー
ターの先端位置から吐出口までの距離ＯＨは、図１２お
よび図１３のいずれの状態においても等しくなるため、
前述した式（７）において、（ＯＨ）＝（ＯＨ′）とし
た場合と同様に、Ｖ＝Ｖ′となるからである。

【００５４】（その他）なお、本発明は、特にインクジ
ェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために
利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する手段
（例えば電気熱変換体やレーザ光等）を備え、前記熱エ
ネルギによりインクの状態変化を生起させる方式の記録
ヘッド、記録装置において優れた効果をもたらすもので
ある。かかる方式によれば記録の高密度化，高精細化が
達成できるからである。

【００５５】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第４７２３１２９号明細書，同第４７４０
７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて
行うものが好ましい。この方式は所謂オンデマンド型，
コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特
に、オンデマンド型の場合には、液体（インク）が保持
されているシートや液路に対応して配置されている電気
熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を越える急
速な温度上昇を与える少なくとも１つの駆動信号を印加
することによって、電気熱変換体に熱エネルギを発生せ
しめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結
果的にこの駆動信号に一対一で対応した液体（インク）
内の気泡を形成できるので有効である。この気泡の成
長，収縮により吐出用開口を介して液体（インク）を吐
出させて、少なくとも１つの滴を形成する。この駆動信
号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が
行われるので、特に応答性に優れた液体（インク）の吐
出が達成でき、より好ましい。このパルス形状の駆動信
号としては、米国特許第４４６３３５９号明細書，同第
４３４５２６２号明細書に記載されているようなものが
適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関する
発明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載されて
いる条件を採用すると、さらに優れた記録を行うことが
できる。

【００５６】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口，液路，電気熱変換体
の組合せ構成（直線状液流路または直角液流路）の他に
熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示す
る米国特許第４５５８３３３号明細書，米国特許第４４
５９６００号明細書を用いた構成も本発明に含まれるも
のである。加えて、複数の電気熱変換体に対して、共通
するスリットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開示
する特開昭５９−１２３６７０号公報や熱エネルギの圧
力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を開示す
る特開昭５９−１３８４６１号公報に基いた構成として
も本発明の効果は有効である。すなわち、記録ヘッドの
形態がどのようなものであっても、本発明によれば記録
を確実に効率よく行うことができるようになるからであ
る。

【００５７】さらに、記録装置が記録できる記録媒体の
最大幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録
ヘッドに対しても本発明は有効に適用できる。そのよう
な記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合せによっ
てその長さを満たす構成や、一体的に形成された１個の
記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。

【００５８】加えて、上例のようなシリアルタイプのも
のでも、装置本体に固定された記録ヘッド、あるいは装
置本体に装着されることで装置本体との電気的な接続や
装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチ
ップタイプの記録ヘッド、あるいは記録ヘッド自体に一
体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの
記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。

【００５９】また、本発明の記録装置の構成として、記
録ヘッドの吐出回復手段、予備的な補助手段等を付加す
ることは本発明の効果を一層安定できるので、好ましい
ものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに
対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧或
は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素子或
はこれらの組み合わせを用いて加熱を行う予備加熱手
段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げるこ
とができる。

【００６０】また、搭載される記録ヘッドの種類ないし
個数についても、例えば単色のインクに対応して１個の
みが設けられたものの他、記録色や濃度を異にする複数
のインクに対応して複数個数設けられるものであっても
よい。すなわち、例えば記録装置の記録モードとしては
黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘ
ッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによるか
いずれでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色
によるフルカラーの各記録モードの少なくとも一つを備
えた装置にも本発明は極めて有効である。

【００６１】さらに加えて、以上説明した本発明実施例
においては、インクを液体として説明しているが、室温
やそれ以下で固化するインクであって、室温で軟化もし
くは液化するものを用いてもよく、あるいはインクジェ
ット方式ではインク自体を３０℃以上７０℃以下の範囲
内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあ
るように温度制御するものが一般的であるから、使用記
録信号付与時にインクが液状をなすものを用いてもよ
い。加えて、熱エネルギによる昇温を、インクの固形状
態から液体状態への状態変化のエネルギとして使用せし
めることで積極的に防止するため、またはインクの蒸発
を防止するため、放置状態で固化し加熱によって液化す
るインクを用いてもよい。いずれにしても熱エネルギの
記録信号に応じた付与によってインクが液化し、液状イ
ンクが吐出されるものや、記録媒体に到達する時点では
すでに固化し始めるもの等のような、熱エネルギの付与
によって初めて液化する性質のインクを使用する場合も
本発明は適用可能である。このような場合のインクは、
特開昭５４−５６８４７号公報あるいは特開昭６０−７
１２６０号公報に記載されるような、多孔質シート凹部
または貫通孔に液状又は固形物として保持された状態
で、電気熱変換体に対して対向するような形態としても
よい。本発明においては、上述した各インクに対して最
も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行するもので
ある。

【００６２】さらに加えて、本発明インクジェット記録
装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の
画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組
合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシ
ミリ装置の形態を採るもの等であってもよい。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、選択的
に発熱される発熱素子の内の最も液体吐出口寄りに位置
するものと、液体吐出口との間の距離がほぼ一定となる
ように、複数の発熱素子を選択的に発熱させることによ
り、液体の吐出量の変化に拘わらず、その吐出速度をほ
ぼ一定に保つことができる。

【００６４】例えば、インクを吐出可能なインクジェッ
ト記録ヘッドを用いて、被記録媒体に画像を記録可能な
シリアルプリンタにおいて、そのインクジェット記録ヘ
ッドとして、本発明の液体吐出ヘッドを用いた場合に
は、インク滴の吐出速度をほぼ一定に保ったまま、その
吐出量を制御することができ、その結果、１スキャンに
よって記録される１ラスター分の記録領域内において、
被記録媒体上のインク滴の着弾位置のずれを抑えて、高
品位の多階調記録を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の基本構成を説明するための
ノズル部分の断面図、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ′線に
沿う断面図である。

【図２】本発明の第１の実施形態の記録ヘッドにおける
基体の拡大断面図である。

【図３】図２の基体におけるヒーターの配備形態を説明
するための要部の平面図である。

【図４】図２の基体に構成される電気回路の等価回路図
である。

【図５】図２の基体における要部の断面図である。

【図６】図２の基体によって構成されたノズル部分の断
面図である。

【図７】図６のノズル部分の破断斜視図である。

【図８】図６のノズル部分の破断斜視図である。

【図９】本発明の実施形態としてのインクジェット記録
装置の概略斜視図である。

【図１０】本発明の第２の実施形態の記録ヘッドにおけ
る基体上のヒーターの配備形態を説明するための要部の
平面図である。

【図１１】図１０の基体によって構成されたノズル部分
の断面図である。

【図１２】図１１のノズル部分のインク吐出状態におけ
る断面図である。

【図１３】図１１のノズル部分の異なる他のインク吐出
状態における断面図である。

【符号の説明】

２０１ヒーター（発熱素子）５０１インク流路（液流路）５０２共通液室５０５吐出口５０６，５０７可動部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体吐出口に連通する液体流路に複数の
発熱素子を備え、それらの発熱素子を選択的に発熱させ
て、前記液体流路内の液体に異なる大きさの発泡パワー
を与えることにより、その発泡パワーに応じた量の液体
を前記液体吐出口からほぼ一定の速度で吐出可能な液体
吐出ヘッドであって、前記液体流路内に、前記液体吐出口寄りに位置する端部
を自由端とし、かつ前記液体吐出口から離れる側に位置
する端部を支点として、前記発泡パワーによって揺動さ
れる可動部材を備え、選択的に発熱される前記発熱素子の内の最も前記液体吐
出口寄りに位置するものと、前記液体吐出口との間の距
離がほぼ一定となるように、前記複数の発熱素子を選択
的に発熱させるための電力を供給する供給回路を備えた
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】前記複数の発熱素子と前記液体吐出口と
の間はほぼ一定の距離に設定されていることを特徴とす
る請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】前記複数の発熱素子と前記液体吐出口と
の間は異なる距離に設定され、前記供給回路は、前記複数の発熱素子の内の最も前記液
体吐出口寄りに位置するものが発熱対象として含まれる
ように、前記複数の発熱素子を選択的に発熱させるため
の電力を供給す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４】前記複数の発熱素子は、発熱量が異なる
ことを特徴とすることを特徴とする請求項１から３のい
ずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】前記可動部材と前記発熱素子との間に、
液体が介在する領域が形成されることを特徴とする請求
項１から４のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】前記供給回路は、前記複数の発熱素子の
一端側のそれぞれに個別に接続される個別配線と、前記
複数の発熱素子の他端側のそれぞれに共通に接続される
共通配線とを含むことを特徴とする請求項１から５のい
ずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】前記インク吐出口から吐出される液体は
インクであることを特徴とする請求項１から６のいずれ
かに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】請求項１から７のいずれかに記載の液体
吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドに供給する液体を収容するタンクと
を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッドカートリッ
ジ。
【請求項９】液体を吐出可能な液体吐出ヘッドを用い
て、前記液体吐出ヘッドから吐出させた液体を媒体に付
着させる液体吐出装置において、前記液体吐出ヘッドとして、請求項１から７のいずれか
に記載の液体吐出ヘッドを用いることを特徴とする液体
吐出装置。
【請求項１０】液体を吐出可能な液体吐出ヘッドを用
いて、前記液体吐出ヘッドから吐出させた液体を媒体に
付着させる液体吐出装置において、前記液体吐出ヘッドとして、請求項８に記載の液体吐出
ヘッドカートリッジに備わる液体吐出ヘッドを用いるこ
とを特徴とする液体吐出装置。
【請求項１１】前記液体吐出ヘッドと前記媒体とを第
１の走査方向に相対移動可能な第１の移動手段と、前記液体吐出ヘッドと前記媒体とを前記第１の走査方向
と交差する第２の走査方向に相対移動可能な第２の移動
手段とを備えたことを特徴とする請求項９または１０に
記載の液体吐出装置。
【請求項１２】液体吐出口に連通する液体流路に複数
の発熱素子が備えられた液体吐出ヘッドを用い、前記複
数の発熱素子を選択的に発熱させて、前記液体流路内の
液体に異なる大きさの発泡パワーを与えることにより、
その発泡パワーに応じた量の液体を前記液体吐出口から
ほぼ一定の速度で吐出させる液体吐出方法であって、選択的に発熱される前記発熱素子の内の最も前記液体吐
出口寄りに位置するものと、前記液体吐出口との間の距
離がほぼ一定となるように、前記複数の発熱素子を選択
的に発熱させることを特徴とする液体吐出方法。