JP2001219563A - インクジェットヘッド、およびインクジェットヘッドの駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造後において容易に着弾位置を補正できる
インクジェットヘッドを提供する。 【解決手段】 複数の液流路部５の各々の中のメインヒ
ータ７は吐出口２と相対して配置され、２つのサブヒー
タ８が各メインヒータ７の両辺を挟むようにして配置さ
れている。各液流路部５においてメインヒータ７は発泡
のために電圧パルスが印加され、インクの着弾位置ずれ
に応じて各サブヒータ８ａ、８ｂはインクの着弾位置ず
れに応じて選択的に電圧パルスが印加される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体を直接加熱し
て発生した気泡による圧力で液体を吐出させるインクジ
ェットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットプリンターで写真のよう
な高品位の画質を印字するには、ヘッドより吐出するイ
ンク滴の高い着弾精度が要求される。このようなプリン
タに使用するヘッドは、例えば液室と、インクを加熱す
るためのヒータと、そのヒータに正対するような吐出口
を空けたプレート（以下、オリフィスプレート）とから
なるノズル（液流路部）を持ち、そのノズルとインク供
給部が連通している構成である。このインク供給部に対
して通常は複数のノズルが連通している。

【０００３】上記のような構成のヘッドによるインクの
吐出過程には、大きく二つある。

【０００４】まず、吐出過程の一つを説明する。ヒータ
にパルス電圧を印加することにより、ヒータ周辺のイン
クが加熱され、ヒータ表面から気泡が発生する。発生し
た気泡は膨張し、吐出口から気泡の体積に応じた量のイ
ンクを突出させる。膨張した気泡は、膨張による温度低
下で内部圧力が低下することで、やがて消泡する。吐出
口から突出したインクは、消泡過程によるノズル内の圧
力低下でノズル内に引き込まれるが、その際にくびれが
生じ、ちぎれ、そのちぎれたインク滴がオリフィスプレ
ートに垂直な方向に吐出される。

【０００５】次に、もう一つの吐出過程を説明する。ヒ
ータにパルス電圧を印加することにより、ヒータ周辺の
インクが加熱され、ヒータ表面から気泡が発生する。大
きく発生した気泡が吐出口から外に抜け出る過程で、ヒ
ータ上にあるインクが吐出口からインク滴となり押し出
され、オリフィスプレートに垂直な方向に吐出される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のような二つの吐
出過程のヘッドにおいては、ヒータと吐出口の位置関係
のずれ、オリフィスプレートの変形、発泡パワーの強
弱、あるいはその他の様々な要因により、吐出したイン
クの着弾点がずれることがある。

【０００７】設計の最適化により、これらの問題による
着弾位置ずれは回避可能であるが、著しく高い精度が必
要とされる。

【０００８】また、ヘッド作成初期にはオリフィスプレ
ートが変形していなくても、オリフィスプレートの素材
によっては、液室内のインクによりオリフィスプレート
が膨潤し、変形することがある。加えて、度重なる吐出
により、ヒータが劣化し、発泡パワーが使用途中から変
化することがある。これらを含めその他の変動要因によ
る着弾位置ずれは、製造段階までの対策では不十分であ
る。そのため、製造後に容易に着弾位置を補正できるヘ
ッドが必要とされていた。

【０００９】本発明の目的は、上記従来技術の問題点に
鑑み、製造後において容易に着弾位置を補正できるイン
クジェットヘッド及びその駆動方法を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のインクジェットヘッドは、複数の液流路部
と、該液流路部の各々の中に配置されたヒータ部と、該
ヒータ部の各々と相対するように前記液流路部の各々に
一つだけ空けられた吐出口とを備え、前記ヒータ部によ
り前記液流路部内の液体を加熱して気泡を発生し、その
発泡時の圧力で前記吐出口から液体を吐出するものにお
いて、前記各液流路部に配置されたヒータ部は複数のヒ
ータからなることを特徴とする。

【００１１】前記複数のヒータは、前記吐出口に相対す
るメインヒータと該メインヒータの近傍に配置された複
数のサブヒータとによって構成されている。

【００１２】前記サブヒータは前記メインヒータを挟
む、または囲むように配置されていることが考えられ
る。

【００１３】さらに、前記メインヒータと前記複数のサ
ブヒータとは同一のヒータ保護層下に配置され、前記メ
インヒータと前記サブヒータの間隔は前記保護層の厚さ
以下であることが好ましい。

【００１４】また本発明のインクジェットヘッドの駆動
方法は、複数の液流路部の各々の中に複数のヒータを配
置し、該複数のヒータの中心と相対するように前記液流
路部の各々に一つだけ吐出口を設け、前記ヒータにより
前記液流路部内の液体を加熱して気泡を発生し、その発
泡時の圧力で前記吐出口から液体を吐出する方法であっ
て、前記各液流路部の前記複数のヒータのうちの幾つか
を選択して同時にパルス電圧を印加し、発泡させること
により、前記吐出口に対して発泡の重心を調整すること
を特徴とする。

【００１５】上記の駆動方法においては、前記各液流路
部の前記複数のヒータのうち１つのみに発泡可能なパル
ス電圧を印加し、残りの前記ヒータのうち幾つかには発
泡まで至らない発熱を起こすだけのパルス電圧を印加す
ることが好ましい。

【００１６】さらに上記の方法において、各々が前記複
数のヒータを有する前記複数の液流路を幾つかの駆動ブ
ロックに分け、各ブロック毎に発泡のためのパルス電圧
の印加を共通にする、特に、前記各液流路部の前記複数
のヒータのうち１つのみに発泡可能なパルス電圧を印加
し、残りの前記ヒータのうち幾つかには発泡まで至らな
い発熱を起こすだけのパルス電圧を印加することを各ブ
ロック毎に共通とすることが考えられる。

【００１７】（作用）上記のように本発明では、複数の
液流路部の各々の中に複数のヒータを配置し、該複数の
ヒータの中心と相対するように前記液流路部の各々に一
つだけ吐出口を設け、前記各液流路部の前記複数のヒー
タのうちの幾つかを選択して同時にパルス電圧を印加
し、発泡させることにより、前記吐出口に対して発泡の
重心を調整することが可能になる。発泡の重心の調整に
より、インクの着弾位置は、吐出口を中心に、発泡重心
の位置と点対称な方向に補正される。

【００１８】より微妙な調整をしたい場合は、発泡する
だけのパルス電圧は一つのヒータに加えるだけでよく、
それ以外のヒータは発泡まで至らない発熱を起こすだけ
のパルス電圧を印加するだけでよい。

【００１９】発熱だけのパルス電圧を加えられたヒータ
の熱により、発泡の重心がパルス電圧を加えられたヒー
タ方向に調整され、かつ発泡のパワーが増す。

【００２０】発泡重心の調整により、着弾位置が、吐出
口を中心に発泡重心と点対称な位置に補正され、発泡重
心の調整に伴う発泡パワーの増加により、着弾位置が元
の着弾ずれを助長する方向に補正される。この二つの調
整で、より微妙な着弾位置の補正が可能となる。

【００２１】当然のことながら、発泡パワーが増加する
ことを見越して、発泡のためのパルス電圧を弱めにし、
発泡重心の調整のみをすることも出来る。

【００２２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００２３】（第１の実施の形態）図１は本発明の第１
の実施の形態によるインクジェットヘッドの平面図であ
る。この図で示す形態のヘッド１は図中矢印方向に沿っ
て一直線に並ぶ複数の吐出口２の列（以下、「ノズル
列」ともいう）を平行に２列配設したもので、一方の列
の吐出口２の各々は他方の列の吐出口２の中間に相当す
る位置に設けられている。すなわち吐出口は千鳥足状の
配置となっている。各吐出口２は、共通液室６と繋がっ
た複数の液流路部（ノズル）５の各々に一つだけ空けら
れている。

【００２４】図２は図１に示したＸ−Ｘ’線に沿ったヘ
ッド内の液流路部周辺の断面図である。この図に示すよ
うに、複数の吐出口２を形成したオリフィスプレート３
は基板４の一面に接合されている。基板４の一面には各
吐出口２と相対するヒータ部が配置され、かつ、各ヒー
タ部を配置した液流路部５をそれぞれ隔絶する複数の流
路壁が配設されている。前記ヒータ部は、吐出口２と相
対するメインヒータ７と、このメインヒータ７近傍に配
置された、メインヒータ７より面積の小さい複数のサブ
ヒータ８とによって構成されている。これらのヒータは
電気熱変換素子である。

【００２５】図３は図２のメインヒータとサブヒータの
配置・形状を示すヒータ配線図である。各液流路５内の
メインヒータ７は各吐出口２と相対して配置され、図３
に示すように２つのサブヒータ８が各メインヒータ７の
両辺を挟むようにしてノズル列方向に対して垂直に配置
されている。また、メインヒータ７および各サブヒータ
８にはそれぞれに電圧を印加するＡｌ等の電気配線１０
が接続されている。

【００２６】図２を参照すると、上記のようなヒータ部
の構成において正確な着弾点に向かうインクの吐出方向
はＡ方向であるが、様々な要因により、これがノズル列
方向に垂直なＢ方向あるいはＣ方向にずれる。

【００２７】インクがＢ方向に向かうようなときは、サ
ブヒータ８ａにメインヒータ７と同時にパルス電圧を印
加してサブヒータ８ａ上にも気泡９を発生させると、イ
ンク吐出方向がＡ方向に補正される。反対に、インクが
Ｃ方向に向かうようなときは、サブヒータ８ｂにメイン
ヒータ７と同時にパルス電圧を印加してサブヒータ８ｂ
上にも気泡９を発生させると、インク吐出方向がＡ方向
に補正される。

【００２８】吐出方向がＢ’方向あるいはＣ’方向へと
微小にずれている場合は、発泡しない程度の印加時間ま
たは大きさのパルス電圧をずれている方向に応じてサブ
ヒータ８ｂあるいは８ｃに印加することにより、微妙に
吐出方向を補正することが出来る。

【００２９】本発明は上記のようなヒータ部の構成以外
にも、図４や図５に示す構成を採ることができる。図４
に示す構成では、２つのサブヒータ８が各メインヒータ
７の両辺を挟むようにしてノズル列方向に沿って平行に
配置されている。この事により、ノズル列方向に平行な
方向の着弾位置ずれも補正できる。また図５に示す構成
では、メインヒータ７を囲むように四つのサブヒータ８
が配置されている。この事により、ノズル列方向に垂直
な方向および平行な方向の着弾位置ずれを複数のノズル
において同時に補正することが可能となる。

【００３０】なお、着弾位置ずれが一方向にのみ偏る場
合は、メインヒータ７に対してサブヒータ８は一つだけ
でもよい。

【００３１】（第２の実施の形態）図６は本発明の第２
の実施の形態によるインクジェットヘッドのノズル部周
辺の断面図で、特に、ヒータ保護層の下にその保護層の
厚み以下の間隔でメインヒータとサブヒータを設置した
場合の断面図である。この図において第１の実施形態と
同一の構成要素には同一符号を用いている。

【００３２】図６に示す形態では、基板４の上に蓄熱層
１１が存在し、さらにその上に、メインヒータ７とその
周辺のサブヒータ８からなるヒータ部、絶縁層（例えば
ＳｉＮ）１２そして保護層（例えばＴａ）１３がこの順
番に半導体製造プロセスを利用して重ねられている。メ
インヒータ７とその周辺に配置したサブヒータ８との間
の距離が保護層１３の厚み以下である。このように配置
することにより、両ヒータから発生する熱は、保護層１
３上で融合する。

【００３３】このような構成では、メインヒータとその
周辺のサブヒータ、それぞれに印加するパルス電圧を調
整することにより、見かけ上一つのヒータ上で微妙に発
泡重心の位置を調整し、着弾位置を調整することが可能
となる。例えば図６を参照すると、着弾位置がＢ方向に
ずれている場合、サブヒータ８ａにメインヒータ７と同
時にパルス電圧を印加することにより、発泡重心をサブ
ヒータ８ａ寄りにする。発泡重心がサブヒータ８ａ寄り
になると、着弾位置は、吐出口を中心に、発泡重心の位
置と点対称の方向に移動されるので、着弾位置がＡ方向
となる。

【００３４】また、Ｂ方向よりずれが少ないＢ’方向に
着弾位置がずれる場合は、サブヒータ８ａに加えるパル
ス電圧の印加をメインヒータ７に加えるパルス電圧の印
加より短時間にして早めに終らせ、サブヒータ８ａ寄り
の保護層１２の温度上昇を抑えればよい。なお、サブヒ
ータ８ａ，８ｂに加えるパルス電圧の印加を短時間にす
るだけでなく、そのパルス電圧を低くしても同じ効果が
得られる。また、サブヒータにおいて電圧印加を短時間
にすることと電圧を低くすることとを同時に行ってもよ
い。

【００３５】（第３の実施の形態）図７は本発明の第３
の実施形態によるインクジェットヘッドで達成される効
果を説明するための図である。

【００３６】図２に示した形態のヘッドでは、ノズル列
方向に対して垂直な方向の着弾位置のずれは、各ノズル
列毎に似通った傾向になる。すなわち、２つのノズル列
からのインク着弾位置がノズル列方向に対して垂直な方
向の互いに内向きまたは外向きにまとまってずれるの
で、各ノズル列から吐出したインクが正常位置に着弾し
た場合（図７（ａ））に比較して、幅が狭くなった（図
７（ｂ））もしくは、幅が開いた（図７（ｃ））印字に
なる。

【００３７】このような場合、図２に示したように各メ
インヒータ７には２つのサブヒータ８ａ、８ｂがメイン
ヒータ７を挟むようにノズル列方向に対して垂直な方向
に配置されている。そして、一方のサブヒータ８ａは各
々のメインヒータ７の列に対して互いに内側の位置に、
もう一方のサブヒータ８ｂは各々のメインヒータ７の列
に対して互いに外側の位置に配置されている。以上の配
置によると各ノズル列毎に一律に外側、あるいは内側の
サブヒータにパルス電圧を印加することによりまとめて
着弾位置を正常位置に補正することが出来る。例えば図
７（ｂ）のように印字幅が狭くなった場合には、両ノズ
ル列において互いに内側位置のサブヒータ８ａに、図７
（ｃ）のように印字幅が広くなった場合には、両ノズル
列において互いに外側位置のサブヒータ８ｂにパルス電
圧を印加すればよい。

【００３８】（第４の実施の形態）図１に示した形態の
ような多ノズルのヘッドで、全ノズルを数ブロックに分
けて駆動する場合は、サブヒータに印加するパルス電圧
も印字をするブロックと同じに与えてやればよい。

【００３９】この場合の駆動回路の一例を図８に示す。
ヘッドの全ノズルがいくつかのブロック（本例では３ブ
ロック）に分けられていて、各ブロック毎にメインヒー
タ７とサブヒータ８を駆動するためのパルス電圧の印加
回路が共通化されている。そして、各ブロックのメイン
ヒータ７の駆動に合わせて、駆動したメインヒータ７近
傍のサブヒータ８を駆動するか否かの信号をサブヒート
部１４から発することが可能となっている。サブヒート
部１４からの信号の長さと、サブヒータ８に印加される
パルス電圧の長さは一致する。着弾位置を大きく補正し
たいときは信号を長く、補正量を少なくしたいときは信
号を短く印加すればよい。

【００４０】さらに、サブヒータ８に印加されるパルス
電圧の大きさを、発泡可能な発熱を起こす電圧と発泡に
至らない発熱を起こすだけの電圧との間で調整すること
で着弾位置を調整してもよい。この場合の駆動において
も、各液流路部（ノズル）の複数のヒータのうちのメイ
ンヒータ７のみに発泡可能なパルス電圧を印加し、残り
のサブヒータ８のうちの幾つかには発泡に至らない発熱
を起こすだけのパルス電圧を印加することを各ブロック
毎に共通化することが望ましい。

【００４１】図８においては、サブヒータ８が各液流路
部（ノズル）に一つなので、一方向しか着弾位置を調整
できないが、例えばサブヒータ８を図２に示したように
メインヒータ７の両側に配置している場合は、サブヒー
タ信号線を一つ増やし、もう一つのサブヒータの駆動に
応じた調整も可能となる。さらに、図５に示したように
サブヒータ８をメインヒータ７の周辺に複数配置してい
る場合も、この配置数に応じてサブヒータ信号線を増や
せば、複数方向の着弾位置を調整することが可能とな
る。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、複数の液
流路部の各々の中に複数のヒータを配置し、該複数のヒ
ータの中心と相対するように前記液流路部の各々に一つ
だけ吐出口を設け、前記各液流路部の前記複数のヒータ
のうちの幾つかを選択して同時にパルス電圧を印加し、
発泡させることにより、前記吐出口に対して発泡の重心
を調整することが可能になったので、製造後のインクの
着弾位置ずれを、吐出口を中心に、発泡重心の位置と点
対称な方向に容易に補正することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態によるインクジェッ
トヘッドの平面図である。

【図２】図１に示したＸ−Ｘ’線に沿ったヘッド内の液
流路部周辺の断面図である。

【図３】図２のメインヒータとサブヒータの配置・形状
を示すヒータ配線図である。

【図４】本発明のインクジェットヘッドのヒータ部のそ
の他の構成例を示す図である。

【図５】本発明のインクジェットヘッドのヒータ部のそ
の他の構成例を示す図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態によるインクジェッ
トヘッドのノズル部周辺の断面図である。

【図７】本発明の第３の実施形態によるインクジェット
ヘッドで達成される効果を説明するための図である。

【図８】本発明の第４の実施形態によるインクジェット
ヘッドの駆動回路の一例を示す回路図である。

【符号の説明】

１ インクジェットヘッド ２ 吐出口 ３ オリフィスプレート ４ 基板 ５ 液流路部（ノズル） ６ 共通液室 ７ メインヒータ ８、８ａ、８ｂ サブヒータ ９ 気泡 １０ 電気配線 １１ 蓄熱層 １２ 絶縁層 １３ 保護層 １４ サブヒート部

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の液流路部と、該液流路部の各々の
   中に配置されたヒータ部と、該ヒータ部の各々と相対す
   るように前記液流路部の各々に一つだけ空けられた吐出
   口とを備え、前記ヒータ部により前記液流路部内の液体
   を加熱して気泡を発生し、その発泡時の圧力で前記吐出
   口から液体を吐出するインクジェットヘッドにおいて、 前記各液流路部に配置されたヒータ部は複数のヒータか
   らなることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 前記複数のヒータは、前記吐出口に相対
   するメインヒータと該メインヒータの近傍に配置された
   複数のサブヒータとによって構成されている請求項１に
   記載のインクジェットヘッド。
3. 【請求項３】 前記サブヒータは前記メインヒータを挟
   むように配置されたことを特徴とする請求項２に記載の
   インクジェットヘッド。
4. 【請求項４】 前記サブヒータは前記メインヒータを囲
   むように配置されたことを特徴とする請求項２に記載の
   インクジェットヘッド。
5. 【請求項５】 前記メインヒータと前記複数のサブヒー
   タとは同一のヒータ保護層下に配置され、前記メインヒ
   ータと前記サブヒータの間隔は前記保護層の厚さ以下で
   あることを特徴とする請求項３または４に記載のインク
   ジェットヘッド。
6. 【請求項６】 複数の液流路部の各々の中に複数のヒー
   タを配置し、該複数のヒータの中心と相対するように前
   記液流路部の各々に一つだけ吐出口を設け、前記ヒータ
   により前記液流路部内の液体を加熱して気泡を発生し、
   その発泡時の圧力で前記吐出口から液体を吐出するイン
   クジェットヘッドの駆動方法であって、 前記各液流路部の前記複数のヒータのうちの幾つかを選
   択して同時にパルス電圧を印加し、発泡させることによ
   り、前記吐出口に対して発泡の重心を調整することを特
   徴とするインクジェットヘッドの駆動方法。
7. 【請求項７】 前記各液流路部の前記複数のヒータのう
   ち１つのみに発泡可能なパルス電圧を印加し、残りの前
   記ヒータのうち幾つかには発泡まで至らない発熱を起こ
   すだけのパルス電圧を印加することを特徴とする請求項
   ６に記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
8. 【請求項８】 各々が前記複数のヒータを有する前記複
   数の液流路を幾つかの駆動ブロックに分け、各ブロック
   毎に発泡のためのパルス電圧の印加を共通にしたことを
   特徴とする請求項７に記載のインクジェットヘッドの駆
   動方法。
9. 【請求項９】 各々が前記複数のヒータを有する前記複
   数の液流路を幾つかの駆動ブロックに分け、前記各液流
   路部の前記複数のヒータのうち１つのみに発泡可能なパ
   ルス電圧を印加し、残りの前記ヒータのうち幾つかには
   発泡まで至らない発熱を起こすだけのパルス電圧を印加
   することを各ブロック毎に共通としたことを特徴とする
   請求項７に記載のインクジェットヘッドの駆動方法。