JP2004001488A

JP2004001488A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JP2004001488A
Application number: JP2003114484A
Authority: JP
Inventors: Mineo Kaneko; 金子　峰夫; Takeshi Doi; 土井　健; Maki Oikawa; 及川　真樹; Keiichiro Tsukuda; 佃　圭一郎; Kenji Yabe; 矢部　賢治
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-04-23
Filing date: 2003-04-18
Publication date: 2004-01-08
Also published as: KR20030084685A; EP1356937B1; TWI236973B; EP1356937A3; DE60335322D1; EP1356937A2; CN1238194C; TW200307606A; US20040004648A1; CN1453132A; US6984025B2

Abstract

【課題】吐出口の中心位置と圧力発生領域の中心位置とが多少ずれている場合であっても、インク滴を吐出方向のずれを生じることなく効率よく吐出口から吐出させる。
【解決手段】インクジェットヘッドは、インクに気泡を発生させるための発熱体２を表面に備えた基板１と、基板１の表面に対向し、インクを吐出するための複数の吐出口４と、複数の吐出口４にそれぞれ連通し、インクを供給する複数のインク流路５とを備えている。各インク流路５内には２つの発熱体２が設けられ、吐出口４は、その２つの発熱体２で構成される圧力発生領域の中心から基板１の表面に対して法線方向に延びる延長線上に配置されている。各インク流路５内に離れて配置されている２つの発熱体の各々の中心間の距離ｄ_ｈｃが、吐出口４の開口径ｄ_ｏよりも大きく設定されている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録媒体にインクを吐出して記録を行うインクジェットヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、インクジェット記録装置は高品位の文字や画像が手軽に得られることから、特にコンピューターの出力機器として広く用いられている。なかでも、ノズル内のインクを急速に沸騰させることで生じる急激な圧力変化により、インクをノズルから吐出させるバブルジェット方式は、多数のノズルをシンプルな構成で高密度に配置することが容易であることから、インクジェット記録装置の主流となっている。
【０００３】
さらに近年では、インクジェット記録装置の普及に伴って、その性能、特に画質と記録スピードに対する要求が高まっている。画質の向上には記録媒体（特に記録紙）上に記録されたドット径を小さくすることが重要であり、その要求は文字文書の場合に比べ写真に代表される画像の記録の場合に特に著しい。例えば、文字文書を記録する場合において文字の美しさや小さな文字の解像に必要な解像度は６００ｄｐｉから１２００ｄｐｉであり、吐出される液滴は、ドット径が８０〜９０μｍ（体積で表せば約３０ｐｌ）程度であれば十分である。
【０００４】
これに対し、画像記録を行う場合には、例えば銀塩写真に匹敵する滑らかな階調を表現するためには１２００ｄｐｉから２４００ｄｐｉの解像度が必要である。このような解像度で記録する場合、吐出される液滴のドット径が４０μｍ（体積で表せば約４ｐｌ）であれば、染料濃度が１／４から１／６程度異なる２種類のインクを画像濃度に応じて使い分けることが要求される。吐出される液滴のドット径を２０μｍ（体積で表せば約０．５ｐｌ）程度に小さくすれば、単一濃度の１種類のインクで、高濃度部における濃度と低濃度部における滑らかさとを両立させることができる。このように、銀塩写真並みの画質を得るためには、吐出される液滴の小液滴化を図ることが必須である。
【０００５】
このような小液滴を吐出する構成のインクジェットヘッドは、例えば特許文献１に開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１８８７０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
小液滴を吐出する構成のインクジェットヘッドでは、時間あたりの液滴吐出回数を増加する必要があることから、発熱体に流れる電流量が増大し、発熱体に至るまでの配線部の寄生抵抗での電圧降下が激しく、吐出効率が低下するという問題もあった。これを防ぐためには、発熱体の抵抗値を増加させて電流値を減らす方法が効果的である。その手段として、発熱体の材料の抵抗値を増加させることが考えられるが、発熱体の材料を変えて抵抗値を増加させることには限界があり、また、新たな材料を用いた場合でも機能上問題が無いかどうかを十分に検証する必要が生じることから、その実現化は困難である。そこで、発熱体を複数に分割し直列につないでインク流路内に配置することにより高抵抗化を図ることが考えられる。
【０００８】
ところが、このように発熱体を複数に分割して配置する場合に別の問題として、新たな問題が生じることがわかった。
【０００９】
インクジェットヘッドはその構成が微細であることから、図１１に示すように、製造工程で生じるばらつきにより、基板１１０１上に設けられた発熱体１１０２の中心と、流路形成部材１１０３に設けられた吐出口１１０４の中心とがずれてしまう場合がある。
【００１０】
従来の単数の発熱体の場合はそれほど問題にはならなかったが、発熱体を複数に分割して配置する場合には、発熱体１１０２と吐出口１０４との相対位置がずれていると、図１２のように記録媒体上で主液滴と離れた位置に着弾し、画像品位を損ねることが見受けられた。特に、従来に比べて小さなインク滴においては、「吐出方向のよれ」が画像に及ぼす影響が大きいため、従来にも増して吐出方向のよれを発生しにくくすることが必要である。
【００１１】
この「吐出方向よれ」は、複数発熱体では同じ流路内に設けられる発熱体の抵抗値や形状ばらつき、膜厚等の性能の微小なばらつきを有し吐出口の位置によってはこのばらつきの影響を拾いやすい構造となってしまうことを本発明者は突き止め、発熱体に対する適切な吐出口レイアウトを達成する構成について検討した。
【００１２】
そこで本発明は、吐出口の中心位置と圧力発生領域の中心位置とが多少ずれている場合であっても、インク滴を吐出方向のずれを生じることなく効率よく吐出口から吐出させることができるインクジェットヘッドを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のインクジェットヘッドは、インクに気泡を発生させるための発熱体を表面に備えた基板と、前記基板の表面に対向し前記インクを吐出するための複数の吐出口と、該複数の吐出口にそれぞれ連通し前記インクを供給する複数のインク流路と、を備え、前記気泡を発生させることにより生じる圧力によって前記吐出口から前記インクを吐出させるインクジェットヘッドにおいて、前記各インク流路内には複数の前記発熱体が設けられ、前記吐出口は、前記複数の発熱体で構成される圧力発生領域の中心から前記基板の表面に対して法線方向に延びる延長線上に配置されており、前記複数の発熱体のうち互いに最も離れて配置されている２つの発熱体の各々の中心間の距離ｄ_ｈｃが、前記吐出口の開口径ｄ_Ｏよりも大きく設定されていることを特徴とする。
【００１４】
上記本発明のインクジェットヘッドによれば、吐出口の中心位置と圧力発生領域の中心位置とが多少ずれている場合であっても、複数の発熱体における発泡ばらつきの影響は少なくなり、吐出口を通って吐出されるインクの液柱は、吐出口の側壁面に接する虞が激減し、インクの主液滴は吐出方向のずれを生じることなく吐出口から吐出される。また、液柱が吐出口の側壁面に接しなければ、主液滴が液柱から分離する部分が一定するので、主液滴の大きさ、すなわち主液滴が記録紙等に着弾して形成されるドットの大きさを安定させることが可能になる。
【００１５】
また、これら複数の発熱体を配線で電気的に直列に接続する構成とすることで、これら複数の発熱体と同じ大きさの１つの発熱体に比べて高い抵抗値を得ることができ、必要とする電流値を低減することが可能になる。そのため、吐出液滴の小液滴化に伴って吐出動作の高速化を図る場合であっても、発熱体に流れる電流量が増大することを抑えることができ、また、発熱体に至るまでの配線部の抵抗による発熱や電圧降下、さらには配線部を大きな電流が流れることで発生する誘導ノイズを抑えることができる。
【００１６】
さらに、前記延長線に対する前記吐出口の中心のずれ量をｄｅｒｒとしたときに、前記距離ｄｈｃと前記開口径ｄｏと前記ずれ量ｄｅｒｒとが、
ｄｈｃ＞ｄｏ＋ｄｅｒｒ×２
の関係を満たしている構成とすれば、主液滴と液柱との分離部分に生じる微小液滴を主液滴の着弾位置に着弾させることが可能になると共に、主液滴の着弾位置を安定させることが可能になり、着弾した液滴により形成されるドットの形状と位置を安定させることができる。
【００１７】
さらに、前記各インク流路内に設けられた前記複数の発熱体のうちの少なくとも２つの発熱体は前記各インク流路を仕切る隔壁間の方向に関してある間隔ｄｈｈをおいて配置されており、前記複数の発熱体のうちの前記隔壁間の方向に関して互いに最も離れて隣接している２つの発熱体同士の間隔ｄｈｈが、前記各隔壁と前記各隔壁にそれぞれ隣接する前記発熱体との間隔ｄｈｎの２倍以下である構成とすることにより、インク中に残留する気泡が上記の２つの発熱体同士の間の領域に滞留することが防止されるので、インクの吐出安定性がさらに高められる。
【００１８】
また、本発明の他のインクジェットヘッドは、インクに気泡を発生させるための発熱体を表面に備えた基板と、前記基板の表面に対向し前記インクを吐出するための複数の吐出口と、前記基板の表面に対向し前記インクを吐出するための複数の吐出口と、該複数の吐出口にそれぞれ連通し前記インクを供給する複数のインク流路と、を備え、前記気泡を発生させることにより生じる圧力によって前記吐出口から前記インクを吐出させるインクジェットヘッドにおいて、前記各インク流路内には複数の前記発熱体が設けられ、前記吐出口は、前記複数の発熱体で構成される圧力発生領域から前記基板の表面に対して法線方向に延びる延長線上に配置されており、前記各インク流路内には複数の前記発熱体が設けられ、前記吐出口は、前記複数の発熱体で構成される圧力発生領域から前記基板の表面に対して法線方向に延びる延長線上に配置されており、前記複数の発熱体のうち、前記インク流路内を前記圧力発生領域に向かって流れる前記インクの流れ方向に直交する、前記各インク流路を仕切る隔壁間の方向に関して互いに最も離れて配置されている２つの発熱体の、前記インクの流れ方向に関する各々の中心線が、前記圧力発生領域の上に投影される前記吐出口の外側に位置していることを特徴とする。
【００１９】
上記本発明のインクジェットヘッドによれば、吐出口の中心位置と圧力発生領域の中心位置とが多少ずれている場合であっても、上記の２つの発熱体の一方の発熱体によって生じうる液滴の飛翔方向の偏りと、他方の発熱体によって生じうる液滴の飛翔方向の偏りとが互いに逆の方向に生じることから、一方の発熱体によって生じうる液滴の飛翔方向の偏りが、他方の発熱体によって生じうる液滴の飛翔方向の偏りによって相殺される。そのため、液滴の飛翔方向の偏りを低減することができ、液滴の吐出方向を安定させることが可能になる。
【００２０】
また、前記気泡は前記吐出口を通じて外気と連通することなく消泡する構成としてもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態のインクジェットヘッドにおけるインク流路、発熱体、および吐出口の配置関係を示す透視平面図である。
【００２３】
本実施形態のインクジェットヘッドは、表面に多数の発熱体２が設けられた基板１と、その基板１の上に設けられた流路形成部材３とを有している。流路形成部材３は、多数の発熱体２を２つずつに仕切る隔壁３ａと、基板１に対向する天井壁３ｂとを有している。隔壁３ａは、仕切った２つの発熱体２で構成される圧力発生領域にインクを供給する複数のインク流路５を形成している。また、各インク流路５では、２つの発熱体２からなる圧力発生領域の中心から、その圧力発生領域の表面に対する法線方向に延びる延長線上の天井壁３ｂに、吐出口４が形成されている。各インク流路５はそれぞれインク供給路６に共通して連通しており、不図示のインクタンク等のインク供給手段からインク供給路６に送られたインクが、そのインク供給路６から各インク流路５に供給されるようになっている。
【００２４】
このように本実施形態では、１つの吐出口４を有する１つのインク流路５に２つの発熱体２からなる圧力発生領域がそれぞれ配置されており、さらに、各圧力発生領域の２つの発熱体２の中心間距離ｄ_ｈｃが吐出口４の開口径ｄ_ｏよりも大きく設定されている。これにより、吐出口４の中心位置が、記録ヘッドの製造時に、図２（ａ）に示すように発熱体２の中心位置からずれた場合でも、複数の発熱体における発泡ばらつきの影響は少なくなり、図２（ｂ）に示すように液柱も吐出口４の側壁面に接することがなくなり、主液滴が吐出方向のずれを生じることなく吐出口４から吐出される。
【００２５】
また、液柱が吐出口４の側壁面に接しなければ、主液滴が液柱から分離する部分が一定するので、主液滴の大きさ、すなわち主液滴が記録紙等に着弾して形成されるドットの大きさを安定させることができる。
【００２６】
また、本実施形態のように、２つの発熱体２からなる圧力発生領域の中心位置のほぼ真上に吐出口４を配置した構成では、図２のように吐出口４の中心が各発熱体２の中心位置からずれる（すなわち、吐出口４の中心は各発熱体２の中心のほぼ真上からずれた位置に位置する）ことから、各発熱体２によって生成される気泡の中心は吐出口４の中心から外れる。したがって、インク流路５内のインクが形成する液面の、外気との界面に最も近い部分（吐出口４の中心部分）が、気泡の最も成長した部分（各発熱体２の中心のほぼ真上の部分）から離れることから、気泡が外気と連通するタイミングが、発熱体２の中心が吐出口４の中心と一致している場合に比べて遅くなる。そのため、特開平１１−１８８８７０号公報に記載されているような、インク流路５内での外気連通状態を形成しやすくなる。
【００２７】
インク流路５内に外気連通状態を形成できれば、図２（ｂ）に示すように２つの発熱体２の間から吐出口４を通って延びる液柱を形成することができる。これにより、主液滴の吐出方向を所定の範囲内に規制することができるので、主液滴の吐出方向をより一層安定させることが可能になる。
【００２８】
本実施形態の一例として、吐出口４の開口径ｄ_ｏを１１μｍとし、各発熱体２の幅を１２μｍ、長さを２７μｍとし、２つの発熱体２同士の配置間隔ｄ_ｈｈを３μｍとして、２つの発熱体２の中心間距離ｄ_ｈｃを１４μｍとした。また、インク流路５の高さを１３μｍ、流路形成部材３の厚み（基板１に接する面と吐出口４が開口している面との間の幅）を２５μｍとした。
【００２９】
このように構成したインクジェットヘッドを、記録ヘッドの吐出口４が開口している面が記録紙（不図示）から２ｍｍ離れる位置に配置し、１５インチ（約３８ｃｍ）／秒の速度で走査しながら発熱体２に０．９μｓの電流パルスを流すことにより記録紙にインク滴を吐出した。この動作を、２つの発熱体２からなる圧力発生領域の中心位置からの吐出口４の中心位置の相対的な位置ずれ量ｄ_ｅｒｒが異なるいくつかのインクジェットヘッドについて行った。
【００３０】
そして、記録紙に着弾したインク滴から、２つの発熱体２からなる圧力発生領域の中心位置からの吐出口４の中心位置の相対的な位置ずれ量ｄ_ｅｒｒと、記録紙に着弾したインク滴のドット形状との関係を解析したところ、位置ずれ量ｄ_ｅｒｒが２μｍまでであれば、図３のような、主液滴と液柱との分離部分に生じる微小液滴によるサテライトドットの無い良好なドット形状となり、また吐出方向のばらつきは殆ど無かった。しかし、位置ずれ量ｄ_ｅｒｒが２μｍを超えると、位置ずれ量ｄ_ｅｒｒが大きくなるにつれて徐々にサテライトドットが主液滴のドットから離れていき、かつ、液滴の着弾位置のばらつきが大きくなった。
【００３１】
このことから、２つの発熱体２の中心間距離ｄ_ｈｃは、吐出口４の開口径ｄ_ｏ＋（位置ずれ量ｄ_ｅｒｒ×２）よりも大きく設定することが好ましいことが分かった。
【００３２】
さらに、隣接する発熱体２の間に構成される非発熱部の領域が広すぎると、この領域にインク中に残留する気泡が滞留し、この残留気泡が発泡時に生じる吐出圧力を吸収してしまう。これを防止するため、非発熱部である２つの発熱体２同士の間隔ｄ_ｈｈは、各発熱体２の隔壁３ａに隣接する端と隔壁３ａとの間隔ｄ_ｈｎの２倍以下にすることが好ましい。具体的には、ｄ_ｈｎが２μｍ程度である場合には、ｄ_ｈｈを４μｍ以下とすることが好ましい。
【００３３】
ここで、図１０を用いて、本実施形態の構成において吐出口径は変えずにヒーター間距離ｄ_ｈｃを変えた場合にインク滴の吐出方向に生じる影響を説明する。図１０はインク滴の吐出方向のよれの分布を示すグラフであり、縦軸はヘッド数、横軸はインク滴の吐出方向の最大よれ量を示している。図から明らかなように、ヒーター間距離ｄ_ｈｃが小さくなるほど、アライメントずれの影響によって、「吐出方向よれ」の大きいノズルが増えていることがわかる。
【００３４】
さらに、これらのヘッドを、吐出方向よれやサテライト等を検査する所定のパターンにより判定したところ、印字良品率はｄ_ｈｃ＝１５で９９％、ｄ_ｈｃ＝１３で９５％、ｄ_ｈｃ＝１０．５で９０％、ｄ_ｈｃ＝９で８５％の結果であった。この結果からも、本実施形態の構成が非常に有効であることがわかる。
【００３５】
また、本実施形態は、上記のように細長い形状に形成された２つの発熱体２を配線で電気的に直列に接続する構成になっている。これにより、図１１に示す従来の比較的大面積の発熱体に比べて３．５倍から６倍の高い抵抗値を得ることができ、必要とする電流値を従来の約１／２にすることが可能になっている。そのため、吐出液滴の小液滴化に伴って吐出動作の高速化を図る場合であっても、発熱体２に流れる電流量が増大することを抑えることができ、また、発熱体２に至るまでの配線部の抵抗による発熱や電圧降下、さらには配線部を大きな電流が流れることで発生する誘導ノイズを抑えることができる。
【００３６】
なお、吐出液滴の小液滴化に伴って吐出動作の高速化を図る場合に電流量の増加を抑えるという電気的な要請や、沸騰した気泡が内部の負圧により崩壊するときに生じるキャビテーション破壊により発熱体が衝撃を受けることを防止するという観点から、発熱体を分割して配置するという提案は過去にもなされている。しかし、本実施形態は、１つのインク流路５内に配置された複数の発熱体２、すなわち複数の圧力発生源が吐出性能に対してどのような影響を与えるかという観点から、発熱体２とインク流路５や吐出口４との最適な配置関係について検討したものであり、このような例は過去に提案されていない。
【００３７】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態のインクジェットヘッドにおけるインク流路、発熱体、および吐出口の配置関係を示す図であり、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）はその断面図である。
【００３８】
特に図４（ａ）に示すように、本実施形態のインクジェットヘッドは、一つのインク流路５内に４つの発熱体２を一組とした圧力発生領域が設けられている。これらの発熱体２は、インク流路５内のインク流れ方向をＸ方向とし、これに直交する方向をＹ方向としたときに、Ｘ方向に２つ、Ｙ方向に２つずつ配置されている。また、これらの発熱体２は配線によって電気的に直列に接続されている。吐出口４は、４つの発熱体２からなる圧力発生領域の中心からその圧力発生領域の表面に対する法線方向に延びる延長線上に配置されている。
【００３９】
本実施形態においても第１の実施形態と同様に、隣り合う発熱体２同士の中心間距離ｄ_ｈｃは、吐出口４の開口径ｄ_ｏ＋（位置ずれ量ｄ_ｅｒｒ×２）よりも大きく設定され、発熱体２同士の間隔ｄ_ｈｈは、各発熱体２の隔壁３ａに隣接する端と隔壁３ａとの間隔ｄ_ｈｎの２倍以下に設けられている。
【００４０】
本実施形態の構成によれば、圧力発生領域の中心位置に対する吐出口４の中心位置が、Ｙ方向のみならずＸ方向にずれている場合であっても、液柱が吐出口４の側壁面に接することがなくなることから、主液滴が吐出方向のずれを生じることなく吐出口４から吐出され、さらに主液滴の大きさ、すなわち主液滴が記録紙等に着弾して形成されるドットの大きさを安定させることができる。
【００４１】
このように、第１の実施形態は２つの発熱体２からなる圧力発生領域の中心位置に対する吐出口４の中心位置がＹ方向にずれた場合にその効果を発揮する構成であるのに対し、本実施形態はＹ方向のみならずＸ方向にずれた場合にもその効果を発揮するように構成されているので、液滴の吐出をさらに安定して行うことが可能である。
【００４２】
なお、本発明のインクジェットヘッドは、第１の実施形態および第２の実施形態のように１つのインク流路５内に２つまたは４つの発熱体２が設けられている場合にのみ適用されるのではなく、１つのインク流路５内に２以上の複数の発熱体が設けられている場合の全般において適用されうる。
【００４３】
この場合、上記の距離ｄ_ｈｃは「複数の発熱体のうち互いに最も離れて配置されている２つの発熱体の各々の中心間の距離」と定義され、また、上記の間隔ｄ_ｈｈは「複数の発熱体のうちの、インク流路を仕切る隔壁間の方向に関して互いに最も離れて隣接している２つの発熱体同士の間隔」と定義される。
【００４４】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態のインクジェットヘッドにおけるインク流路、発熱体、および吐出口の配置関係を示す透視平面図である。
【００４５】
第３の実施形態のインクジェットヘッドも第１の実施形態と同様に、１つのインク流路５内に細長い形状の２つの発熱体２が配設されている。記録ヘッドのその他の構成も第１の実施形態と同様である。
【００４６】
本実施形態では、各発熱体２の幅を１１μｍ、長さを２７μｍとし、２つの発熱体２同士の間隔ｄ_ｈｈを４μｍとして、２つの発熱体２の中心間距離ｄ_ｈｃを１５μｍとした。また、吐出口４の開口径ｄ_ｏを１０．５μｍとし、基板１の上面から吐出口４の開口面までの高さＯＨを４０μｍとした。
【００４７】
このように吐出口４の開口面と基板１の表面とが比較的離れている構成では、発熱体２上で沸騰した気泡は外気と連通することなく再び凝結液化する。したがって、この構成によれば、液滴の終端が、発熱体２上で沸騰した気泡が外気と連通する構成の場合のように吐出口４の壁面にくっつくことがないことから、この終端部分で構成される微小液滴が主液滴とは異なる方向に飛翔することは生じにくくなる。
【００４８】
しかし、図６に示すように、吐出口４の中心位置が２つの発熱体２からなる圧力発生領域の中心位置からずれている場合は、液滴の吐出方向が一方の発熱体２による気泡の影響を受けやすく、飛翔方向に偏りが生じやすい。ここで図６は、図５に示したインクジェットヘッドにおける吐出口の中心位置が２つの発熱体の対称点位置からずれている場合を示す図であり、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）はその断面図である。
【００４９】
上記のように吐出口４の中心位置が２つの発熱体２からなる圧力発生領域の中心位置からずれることで液滴の飛翔方向に偏りが生じることは、以下の２つの要因により、例えば５ｐｌ以下の比較的小さな液滴を吐出させようとする場合に特に起こりやすい。
【００５０】
第１の要因として、小さな液滴を吐出させるためには吐出口４を小さくすることが必要だが、これによって吐出口４を含む筒部の流体抵抗が増すことから、吐出速度が低下し、液滴の吐出動作が不安定となることが挙げられる。これを防ぐ手段としては、基板１から吐出口４の開口面までの距離ＯＨを短くして筒部の流路抵抗を低減させることも考えられる。しかし、この手段によれば、吐出口４を含む筒部が有しているインクの整流作用が低下し、吐出口４から吐出される液滴が一方の発熱体２による気泡の影響を直接受けやすくなることから、液滴の飛翔方向に生じる偏りを却って大きくしてしまうこととなる。
【００５１】
第２の要因として、小液滴を吐出するのに好ましい発熱体の大きさは大液滴を吐出するのに好ましい発熱体の大きさに比べて小さい上に、ある大きさの発熱体を複数に分割した場合は各発熱体の大きさはさらに小さくなることから、沸騰後の発熱体近傍のインクの動きには、発熱体に対する位置による差が生じやすいことが挙げられる。発熱体が比較的大きい場合には、発熱体に対する位置が多少異なっても発熱体近傍のインクの動きにあまり影響はないが、発熱体に対する位置の違いによる影響は発熱体が小さくなるにつれて相対的に大きくなる。そのため、１つの発熱体の大きさが小さくなると、液滴の吐出動作が不均一になり易くなる。
【００５２】
図５に示した本実施形態のインクジェットヘッドはこのような点に着目してなされたものであり、２つの発熱体２の中心間距離ｄ_ｈｃは、２つの発熱体２の、インク流れ方向であるＸ方向に関する各々の中心線が、これらの２つの発熱体２からなる圧力発生領域の上に投影される吐出口４を間において、吐出口４の外側に位置するように設定されている。この構成によれば、一方の発熱体２によって生じうる液滴の飛翔方向の偏りと、他方の発熱体２によって生じうる液滴の飛翔方向の偏りとが互いに逆の方向に生じることから、一方の発熱体２によって生じうる液滴の飛翔方向の偏りが、他方の発熱体２によって生じうる液滴の飛翔方向の偏りによって相殺される。そのため、液滴の飛翔方向の偏りを低減することができ、液滴の吐出方向を安定させることが可能になる。
【００５３】
なお、このように液滴の飛翔方向の偏りを相殺する作用は、吐出口４の中心位置が２つの発熱体２からなる圧力発生領域の中心位置からずれている場合であっても、２つの発熱体２の各々の中心線が、これらの２つの発熱体２の上に投影される吐出口４を間において吐出口４の外側に位置する限りにおいては得ることができる。
【００５４】
（第４の実施形態）
図７は本発明の第４の実施形態に係るインクジェットヘッドの要部を模式的に示す図であり、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）は吐出口列の配置を説明するための図、同図（ｃ）はその断面図である。
【００５５】
図７（ｃ）に示すように、本実施形態の記録ヘッド３００は、エネルギー変換素子としての発熱抵素子１５ａ，１５ｂを含む基板１７と、吐出口３１および吐出口３１にインクを供給するインク流路３０を形成するオリフィスプレート１６とを備えている。
【００５６】
基板１７は、本実施形態では面方位＜１００＞のシリコン単結晶で形成され、この上面（オリフィスプレート６との接続面）には、発熱抵素子１５ａ，１５ｂ、これらの発熱抵抗素子１５ａ，１５ｂを駆動するための駆動トランジスタ等からなる駆動回路３３、後述の配線板と接続されるコンタクトパッド１９、および駆動回路３３とコンタクトパッド１９とを接続する配線１８等が、半導体プロセスを用いて形成されている。また、基板１７には、上述の駆動回路３３、発熱抵抗素子１５ａ，１５ｂ、配線１８、およびコンタクトパッド１９が設けられている領域以外の領域に、異方性エッチングにより形成された貫通口が５つ設けられており、これら貫通口は、それぞれ後述する吐出口列２１ａ，２１ｂ、２２ａ，２２ｂ、２３ａ，２３ｂ、２４ａ，２４ｂ、２５ａ，２５ｂに液体を供給するためのインク供給口３２を形成している。なお、図７（ａ）は基板１７に対して略透明なオリフィスプレート１６を載せた状態を模式的に表しており、上述のインク供給口３２は省略して描かれている。
【００５７】
吐出口列２１ａ，２１ｂ、２２ａ，２２ｂ、２３ａ，２３ｂ、２４ａ，２４ｂ、２５ａ，２５ｂはそれぞれ同じインク供給口３２に連通するもの同士が組になって、５つの吐出口列組２１，２２，２３，２４，２５を構成している。これらの吐出口列組のうち、吐出口列組２１，２５にはシアン（Ｃ）色のインクが供給され、吐出口列組２２，２４にはマゼンタ（Ｍ）色のインクが供給され、吐出口列組２３にはイエロー（Ｙ）色のインクが供給されるようになっている。また、各吐出口列組では、隣り合う吐出口列は、例えば吐出口列組２３について図７（ｂ）に示すように、配列方向にｔａだけ互いにずれている。
【００５８】
この基板１７上に設けられるオリフィスプレート１６は感光性エポキシ樹脂で形成され、例えば、特開昭６２−２６４９５７号に記載されるような工程により、前述の発熱抵抗素子１５ａ，１５ｂに対応して吐出口３１および液流路３０が形成されている。ここで、特開平９−１１４７９号公報に記載されているように、シリコン基板１７上に酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜（不図示）を形成した後、吐出口３１と液流路３０とを備えたオリフィスプレート１６を形成し、インク供給口３２を成す部分の酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜を前述の異方性エッチングにより除去することによって上述の記録ヘッドを作製することは、安価で精密な記録ヘッドを作製する上で望ましい。
【００５９】
図８は、図７に示したインクジェットヘッドを備えたインクジェット記録カートリッジの一例を示す図である。
【００６０】
上記のような基板１７及びオリフィスプレート１６を有する記録ヘッド３００は、発熱抵抗素子１５ａ，１５ｂによって印加される熱エネルギーによる膜沸騰により生じる気泡の圧力を利用して、吐出口３１よりインク等の液体を吐出して記録を行うものである。記録ヘッド３００は、図８（ａ）に示すように、上述のインク供給口３２にインクを供給するインク流路形成部材１２に固定され、コンタクトパッド１９を配線板１３と接続することで、この配線板１３に設けられた電気的接続部１１が後述する記録装置の電気接続部と接続した際に、駆動信号等を記録装置から受け取ることができる。
【００６１】
インク流路形成部材１２には、上述のＹ，Ｍ，Ｃの各インクを吐出可能な記録ヘッド３００の他に、ブラックインク（Ｂｋ）を吐出させるための吐出口列４０，４１を備えた記録ヘッド４００が固定されており、これらが組み合わされて４色のインクを吐出可能な記録ヘッドカートリッジ１００が形成されている。
【００６２】
図８（ｂ）および図８（ｃ）は上述の記録ヘッド３００を備えた記録ヘッドカートリッジ１００の一例を示す斜視図である。この記録ヘッドカートリッジ１００は、図８（ｃ）に示すように、上述したインク流路形成部材１２にインクを供給するためのインクタンク２００Ｙ，２００Ｍ，２００Ｃ，２００Ｂｋを保持するためのタンクホルダ１５０を備えている。
【００６３】
再び図７を参照すると、本実施形態の記録ヘッド３００は一枚の基板１７上に１０列の吐出口列が構成されており、基板には５つのスリット状のインク供給口３２が設けられ、各吐出口列組の各吐出口列はインク供給口３２の長手方向に沿って両側に１列ずつ配置されている。
【００６４】
各インクタンク２００Ｙ〜２００Ｂｋからインク流路形成部材１２を経て各インク供給口３２に導入されたインクは、基板１７の裏面側から表面側へ供給され、基板１７の表面上に形成されたインク流路３０を通して吐出口３１内へ導かれる。そして、そのインクは、基板１７の表面における各吐出口３１の近傍に設けられている発熱抵抗素子１５ａ，１５ｂで加熱沸騰されることで生じる気泡の圧力によって、吐出口３１から吐出される。
【００６５】
上述したように、各インク供給口３２には、図７（ｂ）の左側から順にシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）のインクがそれぞれ供給されており、したがって、シアンインクを吐出するのは４列の吐出口列２１ａ，２１ｂ，２５ａ，２５ｂ、マゼンタインクを吐出するのは４列の吐出口列２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂ、イエローインクを吐出するのは２列の吐出口列２３ａ，２３ｂになっている。記録ヘッド３００を図７（ａ）の矢印の左方向に走査しているときには吐出口列組２１，２２，２３からインクを吐出して記録を行い、右方向に走査しているときには吐出口列組２５，２４，２３からインクを吐出して記録を行う。このように各吐出口列へ各色のインクを供給する構成とすることにより、記録ヘッド３００を図７（ａ）の矢印方向のどちらへ移動させながら記録を行う場合（双方向記録）でも、往路方向への移動時と復路方向への移動時とで記録媒体上でのインク色の重なり順が同じになるので、色むらのない高画質な画像を高速に記録することが可能となる。
【００６６】
本実施形態の記録ヘッド３００における、シアンインクを吐出する吐出口列組２１，２５とマゼンタインクを吐出する吐出口列組２２，２４とは、それぞれ吐出される液適の大きさが互いに異なる吐出口からなる２列の吐出口列から成っている。つまり、シアンインクを吐出する吐出口列組２１，２５は、それぞれ、比較的大きな液滴を吐出する吐出口からなる吐出口列２１ａ，２５ａと、比較的小さな液滴を吐出する吐出口からなる吐出口列２１ｂ，２５ｂとからなる。また、マゼンタインクを吐出する吐出口列組２２，２４は、それぞれ、比較的大きな液滴を吐出する吐出口からなる吐出口列２２ａ，２４ａと、比較的小さな液滴を吐出する吐出口からなる吐出口列２２ｂ，２４ｂとからなる。
【００６７】
これに対応して、比較的大きな液滴を吐出する吐出口列２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａの各吐出口内には比較的大きな発熱抵抗素子１５ａが設けられ、比較的小さな液滴を吐出する吐出口列２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂの各吐出口内には比較的小さな発熱抵抗素子１５ｂが設けられている。
【００６８】
このような構成によれば、記録画像の高精細な記録を要する部分は比較的小さな液滴を吐出する吐出口３１ｂを用いて記録し、それ以外の部分は比較的大きな液滴を吐出する吐出口３１ａを用いて記録するというように、記録に用いる吐出口を使い分けることにより、記録動作の高速性を維持しつつ、高画質な記録を行うことが可能になる。これらの高画質性と高速性とをもっともバランスよく成立させるためには、比較的大きな液滴を吐出する吐出口列２１ａ，２２ａ，２４ａ，２５ａの各吐出口から吐出される液滴の量（大きさ）と、比較的小さな液滴を吐出する吐出口列２１ｂ，２２ｂ，２４ｂ，２５ｂの各吐出口から吐出される液滴の量（大きさ）との比を２：１もしくはそれ以上に設定することが好ましい。
【００６９】
また、イエローインクを吐出する吐出口列組２３は、比較的大きな液滴を吐出する吐出口からなる２列の吐出口列２３ａからなり、各吐出口列２３ａの各吐出口内には、吐出口列２１ａ，２２ａ，２４ａ，２５ａに用いられているものと同じである、比較的大きな発熱抵抗素子１５ａが設けられている。
【００７０】
本実施形態では、比較的大きな液滴を吐出する吐出口列２１ａ〜２５ａの各吐出口３１ａは、インク流路３０内のインク流れ方向の径が１９．５μｍ、これに直交する方向の径が１２μｍの長円形に形成され、比較的小さな液滴を吐出する吐出口列２１ｂ〜２５ｂの各吐出口３１ｂは、直径が１１μｍの円形に形成されている。比較的大きな液滴を吐出する吐出口３１ａが設けられているインク流路３０内には、幅が１２μｍで長さが２８μｍの２つの発熱抵抗素子１５ａが、互いに４μｍの間隔をおいて、互いの中心間距離を１６μｍとして配置されている。一方、比較的小さな大きな液滴を吐出する吐出口３１ｂが設けられているインク流路３０内には、幅が１２μｍで長さが２７μｍの２つの発熱抵抗素子１５ｂが、互いに３μｍの間隔をおいて、互いの中心間距離を１５μｍとして配置されている。なお、流路形成部材（オリフィスプレート１６）の厚みは２５μｍであり、いずれの吐出口３１ａ，３１ｂに関しても、流路の高さ（基板表面から吐出口の開口面までの高さ）は共通して１３μｍに形成されている。
【００７１】
このように構成された記録ヘッド３００は、比較的大きな液滴を吐出する吐出口３１ａからは約５ｐｌの液滴が、比較的小さな液滴を吐出する吐出口３１ｂからは約２．５ｐｌの液滴がそれぞれ安定して吐出されるので、優れた着弾精度とドット形状により高画質な画像を得ることができる。
【００７２】
なお、本実施形態においては最適の構成を説明したが、各インク供給口３２から供給されるインクの種類、インク供給口３２、吐出口列の数については上記の構成に制限されるものではなく、適宜変更することが可能である。
【００７３】
（その他の実施形態）
最後に、図９を参照して、上述の各実施形態において説明したインクジェットヘッド、あるいは記録ヘッドカートリッジを搭載可能な記録装置を説明する。図９は、本発明のインクジェットヘッドを搭載可能な記録装置の一例を示す概略構成図である。
【００７４】
図９に示すように、記録ヘッドカートリッジ１００は、キャリッジ１０２に交換可能に搭載される。記録ヘッドカートリッジ１００は、記録ヘッドユニットおよびインクタンクを備え、また、ヘッド部を駆動するための信号などを授受するためのコネクタ（不図示）が設けられている。
【００７５】
記録ヘッドカートリッジ１００はキャリッジ１０２に位置決めして交換可能に搭載されており、キャリッジ１０２には、上記コネクタを介して各ヘッド部に駆動信号等を伝達するための電気接続部が設けられている。
【００７６】
キャリッジ１０２は、主走査方向（図示矢印方向）に延在して装置本体に設置されたガイドシャフト１０３に沿って往復移動可能に案内支持されている。そして、キャリッジ１０２は主走査モータ１０４によりモータプーリ１０５、従動プーリ１０６、およびタイミングベルト１０７等の駆動機構を介して駆動されるとともに、その位置及び移動が制御される。また、ホームポジションセンサ１３０がキャリッジ１０２に設けられている。これにより、キャリッジ１０２上のホームポジションセンサ１３０が遮蔽板１３６の位置を通過したことを検出することによって、キャリッジ１０２がホームポジションに配置されたことを知得することが可能となる。
【００７７】
記録用紙やプラスチック薄板等の記録媒体１０８は、給紙モータ１３５を駆動してギアを介してピックアップローラ１３１を回転させることにより、オートシートフィーダ１３２から一枚ずつ分離されて給紙される。記録媒体１０８は、さらに、搬送ローラ１０９の回転により、ヘッドカートリッジ１００の吐出口面と対向する位置（プリント部）を通って搬送（副走査）される。搬送ローラ１０９は、ＬＦモータ１３４を駆動させるとギアによってその駆動力が伝達されて回転する。その際、記録媒体１０８が実際に給紙されたかどうかの判定と、給紙時の頭出し位置の確定は、記録媒体１０８の搬送方向先端部がペーパーエンドセンサ１３３を通過した時点で行われる。また、ペーパーエンドセンサ１３３は、記録媒体１０８の後端が実際にどこに有るかを検出し、実際の後端から現在の記録位置を最終的に割り出すためにも使用されている。
【００７８】
なお、記録媒体１０８は、プリント部において平坦なプリント面を形成するように、その裏面をプラテン（不図示）により支持されている。この場合、キャリッジ１０２に搭載された記録ヘッドカートリッジ１００は、その吐出口面がキャリッジ１０２から下方へ突出して、記録媒体１０８と平行になるように保持されている。
【００７９】
記録ヘッドカートリッジ１００は、吐出口列の配列方向が上述したキャリッジ１０２の走査方向に対して交わる方向になるようにキャリッジ１０２に搭載され、これらの吐出口列からインクを吐出しながら記録ヘッドカートリッジ１００を走査して主走査方向に記録を行う動作と、搬送ローラ１０９によって１走査分の記録幅だけ記録媒体１０８を副走査方向に搬送する動作とを繰り返して、記録媒体１０８に記録を行う。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のインクジェットヘッドは、各インク流路内に設けられた複数の発熱体のうち互いに最も離れて配置されている２つの発熱体の各々の中心間の距離ｄ_ｈｃが、吐出口の開口径ｄ_ｏよりも大きく設定されているので、吐出口の中心位置と圧力発生領域の中心位置とが多少ずれている場合であっても、吐出口を通って吐出されるインクの液柱が吐出口の側壁面に接することがなくなるため、インク滴を吐出方向のずれを生じることなく吐出口から吐出させることができる。また、これら複数の発熱体を配線で電気的に直列に接続する構成とすることで、これら複数の発熱体と同じ大きさの１つの発熱体に比べて高い抵抗値を得ることができ、必要とする電流値を低減することが可能になるので、インクジェットヘッドの吐出効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のインクジェットヘッドにおけるインク流路、発熱体、および吐出口の配置関係を示す透視平面図である。
【図２】図１に示したインクジェットヘッドにおける吐出口の中心位置が２つの発熱体の中心位置からずれている場合を示す図であり、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）はその断面図である。
【図３】図１に示したインクジェットヘッドから吐出された液滴で形成されたドットの形状を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態のインクジェットヘッドにおけるインク流路、発熱体、および吐出口の配置関係を示す図であり、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）はその断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態のインクジェットヘッドにおけるインク流路、発熱体、および吐出口の配置関係を示す透視平面図である。
【図６】図５に示したインクジェットヘッドにおける吐出口の中心位置が２つの発熱体の対称点位置からずれている場合を示す図であり、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）はその断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係るインクジェットヘッドの要部を模式的に示す図であり、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）は吐出口列の配置を説明するための図、同図（ｃ）はその断面図である。
【図８】図７に示したインクジェットヘッドを備えたインクジェット記録カートリッジの一例を示す図である。
【図９】本発明のインクジェットヘッドを搭載可能な記録装置の一例を示す概略構成図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態のインクジェットヘッドに関し、吐出口径は変えずにヒーター間距離を変えた場合に生じる、インク滴の吐出方向のよれの分布を示すグラフである。
【図１１】従来のインクジェットヘッドにおけるインク流路、発熱体、および吐出口の配置関係を示す透視平面図である。
【図１２】従来のインクジェットヘッドから吐出された液滴で形成されたドットの形状を示す図である。
【符号の説明】
１，１７　基板
２　発熱体
３　流路形成部材
３ａ　隔壁
３ｂ　天井壁
４，３１，３１ａ，３２ｂ　吐出口
５，３０　インク流路
６，３２　インク供給路
１１　電気的接続部
１２　インク流路形成部材
１３　配線板
１５ａ，１５ｂ　発熱抵抗素子
１８　配線
１９　コンタクトパッド
２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ，４０，４１　吐出口列
２１，２２，２３，２４，２５　吐出口列群
１００　記録ヘッドカートリッジ
１０２　キャリッジ
１０３　ガイドシャフト
１０４　主走査モータ
１０５　モータプーリ
１０６　従動プーリ
１０７　タイミングベルト
１０８　記録媒体
１０９　搬送ローラ
１３０　ホームポジションセンサ
１３１　ピックアップローラ
１３２　オートシートフィーダ
１３３　ペーパーエンドセンサ
１３４　ＬＦモータ
１３５　給紙モータ
１３６　遮蔽板
１５０　タンクホルダ
２００Ｃ，２００Ｍ，２００Ｙ，２００Ｂｋ　インクタンク
３００，４００　記録ヘッド

Claims

インクに気泡を発生させるための発熱体を表面に備えた基板と、
前記基板の表面に対向し前記インクを吐出するための複数の吐出口と、該複数の吐出口にそれぞれ連通し前記インクを供給する複数のインク流路と、を備え、前記気泡を発生させることにより生じる圧力によって前記吐出口から前記インクを吐出させるインクジェットヘッドにおいて、
前記各インク流路内には複数の前記発熱体が設けられ、前記吐出口は、前記複数の発熱体で構成される圧力発生領域の中心から前記基板の表面に対して法線方向に延びる延長線上に配置されており、
前記複数の発熱体のうち互いに最も離れて配置されている２つの発熱体の各々の中心間の距離ｄ_ｈｃが、前記吐出口の開口径ｄ_ｏよりも大きく設定されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
インクに気泡を発生させるための発熱体を表面に備えた基板と、
前記基板の表面に対向し前記インクを吐出するための複数の吐出口と、前記基板の表面に対向し前記インクを吐出するための複数の吐出口と、該複数の吐出口にそれぞれ連通し前記インクを供給する複数のインク流路とを、を備え、
前記気泡を発生させることにより生じる圧力によって前記吐出口から前記インクを吐出させるインクジェットヘッドにおいて、
前記各インク流路内には複数の前記発熱体が設けられ、前記吐出口は、前記複数の発熱体で構成される圧力発生領域から前記基板の表面に対して法線方向に延びる延長線上に配置されており、
前記各インク流路内には複数の前記発熱体が設けられ、前記吐出口は、前記複数の発熱体で構成される圧力発生領域から前記基板の表面に対して法線方向に延びる延長線上に配置されており、
前記複数の発熱体のうち、前記インク流路内を前記圧力発生領域に向かって流れる前記インクの流れ方向に直交する、前記各インク流路を仕切る隔壁間の方向に関して互いに最も離れて配置されている２つの発熱体の、前記インクの流れ方向に関する各々の中心線が、前記圧力発生領域の上に投影される前記吐出口の外側に位置していることを特徴とするインクジェットヘッド。