JP2006175822A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 更なる小液滴化に際して、第２の吐出口部のインク淀みを軽減し、偏った吐出口のメニスカスを防ぎ、不安定なサテライトを低減し、画像劣化と浮遊ミストの少ない安定した吐出を実現できるインクジェット記録ヘッドを提供する。
【解決手段】 １つの発泡室１１に対して２つのヒータ１ａ，１ｂが備えられており、それらのヒータ１ａ，１ｂは第２の吐出口部１０の中心または重心に対して略対称に配置されている。素子基板２の主面に対して垂直な方向から見た平面透視図において、２つのヒータ１ａ，１ｂの一方のヒータ１ａは、第２の吐出口部１０の内側の領域と、第２の吐出口部１０の外側の領域とを跨ぐように配置されている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、インクジェット方式でインクを吐出して記録媒体に記録を行うインクジェット記録ヘッドに関するものである。

従来から、特許文献１〜４に開示されたインクジェット記録方法および記録ヘッドが知られている。これらの文献に開示されたインクジェット記録ヘッドは、記録信号によって電気熱変換素子を駆動させて発生した気泡を大気に通気させる構成とされている。このインクジェット記録方法を採用することにより、飛翔するインク滴の体積の安定化を図り、微少量のインク滴を高速に吐出することを可能とし、気泡の消泡時に発生するキャビテーションを解消することでヒータの耐久性の向上を図ること等が可能となり、更なる高精細画像が容易に得られるようになる。上述した文献において、気泡を大気に連通させるための構成としては、インクに気泡を発生させる電気熱変換素子と、インクが吐出される開口である吐出口との間の最短距離を、従来に比して大幅に短くする構成が挙げられている。

この種の記録ヘッドの構成について、以下に説明する。この種の記録ヘッドは、インクを吐出させる電気熱変換素子が設けられた素子基板と、この素子基板上に接合されてインク流路を構成する流路構成基板とを備えている。流路構成基板は、インクが流動する複数のノズルと、これら各ノズルにインクを供給する供給室と、インク滴を吐出するノズル先端開口である複数の吐出口とを構成している。ノズルは、電気熱変換素子によって気泡が発生する発泡室と、この発泡室にインクを供給する供給路とを有する。素子基板には、発泡室内に位置して電気熱変換素子が配設されている。また、素子基板には、流路構成基板に接する主面とは反対側の裏面から供給室にインクを供給するための供給口が設けられている。そして、流路構成基板には、素子基板上の電気熱変換素子に対向する位置に吐出口が設けられている。

また、以上のように構成された記録ヘッドは、供給口から供給室内に供給されたインクが、各ノズルに沿って供給されて、発泡室内に充填される。発泡室内に充填されたインクは、電気熱変換素子により膜沸騰されて発生する気泡によって、素子基板の主面に対してほぼ直交する方向にインク滴として吐出される。

ところで、上述した記録ヘッドでは、インク滴を吐出する際、発泡室内に成長する気泡によって、発泡室内に充填されているインクは吐出口側と供給路側とに流れが分かれ、この際に、流体の発泡による圧力が供給路側に逃げたり、吐出口の内壁との摩擦により圧力損失が発生したりする。この現象は、吐出に悪影響を与える現象であり、吐出する液滴が小さくなるにつれて顕著になる傾向がある。すなわち、吐出する液滴を小液滴にするために吐出口径を小さくすることで、吐出口部の抵抗が極めて大きくなり、吐出口方向の流量は減少し、流路方向の流量が増大するため、インク滴の吐出速度が低下することになる。

この問題を解決する手段として、以下の構成のヘッドが提案されている。図９に従来のインクジェット記録ヘッドにおける複数のノズルのうちの１つを代表して示す。図９（ａ）は従来の記録ヘッドを基板に対して垂直方向から見た透視平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、図９（ｃ）は図９（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

図９に示すインクジェット記録ヘッドは、インクが流動する複数のノズル、これら各ノズルにインクを供給する供給室１０６、およびインク滴を吐出するノズル先端開口である複数の吐出口１０４を有している。この記録ヘッドは、吐出口部１０４を含む第１の吐出口部、電気熱変換素子であるヒータ１０１によって気泡が発生する発泡室１１１、第１の吐出口部１０４と発泡室１１１との間を連通する第２の吐出口部１１０、および発泡室１１１にインクを供給する供給路１０９とを含むノズルを構成する流路構成基板と、ヒータ１０１が設けられ、流路構成基板を主面上に接合した素子基板とを備えている。第２の吐出口部１１０は、第１の吐出口部１０４の中心から素子基板の主面に下ろした垂線上に中心軸を持つ円柱形または円錐台の空間であり、第１の吐出口部１０４および発泡室１１１に連通している。さらに、素子基板の主面に対して垂直方向から見た透視平面図において、第２の吐出口部１１０の、素子基板の主面と略平行な方向に沿った断面円の外縁は、同方向の吐出口１０４の断面の外縁よりも外側に位置し、同方向の発泡室１１１の断面の外縁よりも内側に位置している。

上記のような構成の記録ヘッドでは、インクの流れ方向に対して垂直な断面積を第１の吐出口部１０４よりも大きくした第２の吐出口部１１０を設けることで、吐出口１０４へ向かうインク流れの全体の流抵抗が小さくなり、発泡により生じた気泡が吐出口１０４の方向に少ない圧力損失で成長するため、流路方向へ逃げ出すインク流量を抑制し、インク滴の吐出速度の低下を防ぐことが可能である。
特開昭５４−１６１９３５号公報 特開昭６１−１８５４５５号公報 特開昭６１−２４９７６８号公報 特開平４−１０９４１号公報

しかしながら、吐出液滴の更なる小液滴化を目指すと、吐出口径をさらに小さくなければならず、上記の第２の吐出口部を持った記録ヘッド以上に、吐出口方向の流抵抗を低減させなくてはならない。そのためには、第２の吐出口部の断面積を大きくしなくてはならないが、その場合、ヒータを駆動してインクを発泡させたとき、第２の吐出口部内にインクが淀みやすく、供給路から供給されるインクが第２の吐出口部に流れ込み、大気連通の際に吐出口のメニスカスが偏り、その結果として、最初に飛翔した主滴に対し速度が著しく遅く、粒径の小さい液滴（サテライト）が後から吐出される（図５（２）（ｄ）参照）。

このサテライトは、記録媒体に着弾したとき、画像を劣化させる原因になるばかりでなく、記録媒体に到達しないものは、浮遊するミストとなり、記録装置（プリンタ）のいたるところに付着して装置内を汚してしまう。

また、サテライト以外においても、主滴が飛び出すときに、メニスカスの偏りに影響され、主滴そのものが不安定に飛翔し、記録画像を劣化させる原因にもなっていた。

さらには、前述の第２の吐出口部におけるインクの淀みは、高周波数で連続的に吐出がなされる場合、インクの蓄熱による吐出体積のばらつきを発生させる原因にもなっている。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、更なる小液滴化に際して、第２の吐出口部のインク淀みを軽減し、偏った吐出口のメニスカスを防ぎ、不安定なサテライトを低減し、画像劣化と浮遊ミストの少ない安定した吐出を実現できるインクジェット記録ヘッドを提供することにある。

また、本発明の更なる目的は、上述したようなインクの蓄熱による吐出体積のばらつきを抑制することができるノズル構成のインクジェット記録ヘッドを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のインクジェット記録ヘッドは、液滴を吐出させるためのエネルギを発生する吐出エネルギ発生素子が主面上に設けられた素子基板と、複数の前記吐出エネルギ発生素子を有する発泡室と、液滴を吐出する第１の吐出口部と、前記発泡室と前記第１の吐出口部とを連通する第２の吐出口部と、前記発泡室に液体を供給する液体供給路と、を構成するために前記素子基板の主面上に接合された流路構成基板と、を備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、前記複数の吐出エネルギ発生素子は前記第２の吐出口部の中心または重心に対して略対称に配置されており、前記素子基板の主面に対して垂直な方向から見た平面透視図において、前記吐出エネルギ発生素子の少なくとも１つは、前記第２の吐出口部の内側の領域と、前記第２の吐出口部の外側の領域とを跨ぐように配置されていることを特徴とする。

上記本発明のインクジェット記録ヘッドによれば、更なる小液滴化に際して、第２の吐出口部のインク淀みを軽減し、偏った吐出口のメニスカスを防ぎ、不安定なサテライトを低減し、画像劣化と浮遊ミストの少ない安定した吐出を実現できる。また、インクの蓄熱による吐出体積のばらつきを抑制することができる。

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。

＜装置本体の概略説明＞
図１は、本発明の代表的な実施の形態であるインクジェットプリンタＩＪＲＡの構成の概要を示す外観斜視図である。図１において、駆動モータ５０１３の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア５００９〜５０１１を介して回転するリードスクリュー５００５の螺旋溝５００４に対して係合するキャリッジＨＣはピン（不図示）を有し、ガイドレール５００３に支持されて矢印ａ，ｂ方向を往復移動する。キャリッジＨＣには、記録ヘッドＩＪＨとインクタンクＩＴとを内蔵した一体型インクジェットカートリッジＩＪＣが搭載されている。紙押え板５００２は、キャリッジＨＣの移動方向に亙って記録用紙Ｐをプラテン５０００に対して押圧する。フォトカプラ５００７，５００８は、キャリッジのレバー５００６のこの域での存在を確認して、モータ５０１３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器である。符号５０１６は、記録ヘッドＩＪＨの前面をキャップするキャップ部材５０２２を支持する部材を示している。このキャップ内を吸引する吸引器５０１５は、キャップ内開口５０２３を介して記録ヘッドの吸引回復を行う。符号５０１７はクリーニングブレードを示し、符号５０１９はこのブレードを前後方向に移動可能にする部材を示し、本体支持板５０１８にこれらが支持されている。ブレードは、この形態でなく周知のクリーニングブレードが本例に適用できることは言うまでもない。また、吸引回復の吸引を開始するためのレバー５０２１は、キャリッジと係合するカム５０２０の移動に伴って移動し、駆動モータからの駆動力がクラッチ切り換え等の公知の伝達機構で移動制御される。

これらのキャッピング、クリーニング、吸引回復は、キャリッジがホームポジション側の領域に来た時にリードスクリュー５００５の作用によってそれらの対応位置で所望の処理が行えるように構成されているが、周知のタイミングで所望の動作を行うようにすれば、本例にはいずれも適用できる。

＜制御構成の説明＞
次に、上述した装置の記録制御を実行するための制御構成について説明する。

図２はインクジェットプリンタＩＪＲＡの制御回路の構成を示すブロック図である。制御回路を示す同図において、符号１７００は記録信号を入力するインタフェース、符号１７０１はＭＰＵ、符号１７０２はＭＰＵ１７０１が実行する制御プログラムを格納するＲＯＭ、符号１７０３は各種データ（上記記録信号や記録ヘッドＩＪＨに供給される記録データ等）を保存しておくＤＲＡＭをそれぞれ示している。記録ヘッドＩＪＨに対する記録データの供給制御を行うゲートアレイ（Ｇ．Ａ．）１７０４は、インタフェース１７００、ＭＰＵ１７０１、ＲＡＭ１７０３間のデータ転送制御も行う。符号１７１０は記録ヘッドＩＪＨを搬送するためのキャリアモータを示し、符号１７０９は記録紙搬送のための搬送モータを示している。符号１７０５は記録ヘッドＩＪＨを駆動するヘッドドライバを示し、符号１７０６，１７０７はそれぞれ搬送モータ１７０９およびキャリアモータ１７１０を駆動するためのモータドライバを示している。

上記制御構成の動作を説明すると、インタフェース１７００に記録信号が入るとゲートアレイ１７０４とＭＰＵ１７０１との間で記録信号がプリント用の記録データに変換される。そして、モータドライバ１７０６，１７０７が駆動されると共に、ヘッドドライバ１７０５に送られた記録データに従って記録ヘッドＩＪＨが駆動され、記録が行われる。

次に本実施形態におけるインクジェット記録ヘッドＩＪＨについて説明する。本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、インクジェット記録方式の中でも、特に、液体のインクを吐出す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を備え、その熱エネルギによってインクの状態変化を生起させる方式が採用された記録ヘッドである。この方式が用いられることにより、記録される文字や画像等の高密度化および高精細化を達成している。特に本実施形態では、熱エネルギを発生する手段として電気熱変換素子を用い、この電気熱変換素子によりインクを加熱して膜沸騰させたときに発生する気泡による圧力を利用してインクを吐出している。

まず、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの全体構成について述べる。

図３は、本発明に好適なインクジェット記録ヘッドの実施の形態を一部切り欠いて見た斜視図である。

図３に示す形態のインクジェット記録ヘッドは、電気熱変換素子である複数のヒータ１の各々ごとに、インクの流路であるノズル５を個別に独立して形成するための隔離壁が、吐出口部４から供給室６近傍まで延びた構成となっている。

このインクジェット記録ヘッドは、素子基板２上に複数のヒータ１および複数のノズル５を有し、各ノズル５の長手方向が平行に配列された第１のノズル列７と、供給室６を挟んで第１のノズル列７に対向する位置に各ノズル５の長手方向が平行に配列された第２のノズル列８とを備えている。

第１および第２のノズル列７，８は、隣接する各ノズルの間隔が６００ｄｐｉのピッチに形成されている。また、第２のノズル列８の各ノズル５は、第１のノズル列７の各ノズル５に対して、隣接する各ノズル間のピッチが互いに１／２ピッチずれて配列されている。

このような記録ヘッドは、特許文献４（特開平４−１０９４１号公報）に開示されたインクジェット記録方法が適用されたインク吐出手段を有しており、インクの吐出時に発生する気泡が吐出口４を介して大気に連通する。

以下に、本発明の主要部となるインクジェット記録ヘッドのノズル構造について種々の実施形態を挙げて説明する。

（第１の実施形態）
図４は本発明の第１の実施形態によるインクジェット記録ヘッドのノズル構造を示す図であり、図４（ａ）はインクジェット記録ヘッドの複数のノズルのうちの１つを基板に対して垂直な方向から見た透視平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。

本実施形態のノズル構造を持つインクジェット記録ヘッドは、図３にも示したように、吐出エネルギ発生素子（電気熱変換素子）である複数のヒータ１が設けられた素子基板２と、この素子基板２の主面上に接合されて複数のインクの流路を構成する流路構成基板３とを備えている。

素子基板２は、例えば、ガラス、セラミックス、樹脂、金属等によって形成され、一般にはＳｉによって形成されている。素子基板２の主面上には、各インクの流路毎に、ヒータ１と、このヒータ１に電圧を印加する電極（不図示）と、この電極に接続された配線（不図示）が所定の配線パターンでそれぞれ設けられている。また、素子基板２の主面上には、蓄熱の発散性を向上させる絶縁膜（不図示）が、ヒータ１を被覆するように設けられている。さらに、素子基板２の主面上には、気泡が消泡した際に生じるキャビテーションから保護するための保護膜（不図示）が、絶縁膜を被覆するように設けられている。

流路構成基板３は、図３に示したように、インクが流れる複数のノズル５を構成している。ノズル５は、図４に示すように、底面に２つのヒータ１ａ，１ｂが配置されるとともに、これらのヒータ１ａ，１ｂによってノズル５内に充填されたインクに膜沸騰を生じさせてインクを発泡させる発泡室１１と、インク滴を吐出するノズル５の先端開口であり内径がほぼ一定である第１の吐出口部４と、発泡室１１と第１の吐出口部４とを連通し、その間の流抵抗を低減させる第２の吐出口部１０と、発泡室１１にインクを供給するインク供給路９とを有している。なお、第１の吐出口部４は、素子基板２上のヒータ１ａ，１ｂに対向する位置に形成されている。また、発泡室１１は、第１の吐出口部４の開口面に対向する底面が略矩形形状を成すように形成されている。

インク供給路９は、一端が発泡室１１に連通し、他端が供給室６（図３参照）に連通している。インク供給路９は、その流路幅が供給室６から発泡室１１に亘ってほぼ等しい、ストレート形状に形成されている。第２の吐出口部１０は、発泡室１１上に、第１の吐出口部４に対してテーパー状に形成されている。ノズル５は、第１の吐出口部４からインク液滴が飛翔される吐出方向と、インク供給路９内を流れるインクの流れ方向とが直交するように構成されている。

図１（ａ）の透視平面図に示すように、比較的小さい径を有する第１の吐出部４と比較的大きい径を有する第２の吐出部１０とは、互いに相似する形状を有し、かつ、素子基板２の主面に対して垂直に延びて線Ａ−Ａ’と線Ｂ−Ｂ’との交点を通る軸線を共通の中心軸としている。また、図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、第２の吐出部１０は、発泡室１１側の開口面から第１の吐出口部４の開口面にかけて、径が傾斜をもってテーパー状に次第に小さくなる円錐台形状を有している。

また、ヒータ１ａ，１ｂの形成面（素子基板２の主面）に対してほぼ直交する方向に液滴を安定して吐出させるために、２つのヒータ１ａ，１ｂは、図１（ａ）に示す透視平面図で見た場合に第２の吐出口部１０の中心または重心に対して実質的に対称に配置されており、これにより液滴の吐出方向のバランスがとられている。なお、第１の吐出口部４の中心を通り素子基板２の主面に垂直ないかなる断面においても、第２の吐出口部１０の側壁はほぼ直線形状になっており、かつ、第２の吐出口部１０の、第１の吐出口部４側の開口面および発泡室１１側の開口面は、素子基板２の主面と平行になっている。

さらに、本実施形態では、２つのヒータ１ａ，１ｂのそれぞれが、図１（ａ）に示す透視平面図で見た場合に、第２の吐出口部１０の内側の領域とその外側の領域とに跨がるように、素子基板２上に配置されている。さらに、ヒータ１ａ，１ｂは、インク供給路９の発泡室側の開口部の幅方向に、その開口部の幅以上の長さを有している。

次に、図３および図４を参照して、上記のように構成されたインクジェット記録ヘッドによってインク滴を第１の吐出口部４から吐出させる動作を説明する。

まず、供給室６内にインクが供給されると、そのインクは第１のノズル列７および第２のノズル列８の各ノズル５にそれぞれ供給される。各ノズル５に供給されたインクは、インク供給路９を通って発泡室１１内に充填される。発泡室１１内に充填されたインクは、ヒータ１ａ，１ｂにより膜沸騰されて発生する気泡の成長圧力によって、素子基板２の主面に対してほぼ直交する方向に移動し、第１の吐出口部４からインク滴として飛翔することで吐出される。なお、発泡室１１内に充填されたインクが吐出される際、発泡室１１内のインクの一部は、発泡室１１内に発生する気泡の圧力によってインク供給路９側に流動する。ここで、ノズル５内のインクの発泡から吐出までの様子を局所的に見れば、発泡室１１で発生した気泡の圧力は、第２の吐出口部１０にも即座に伝わり、発泡室１１及び第２の吐出口部１０に充填されていたインクは、第２の吐出口部１０内を移動していくことになる。

ここで、図５の模式図を用いて、ノズル内のインクの発泡から吐出までの様子を詳しく説明する。図５（１）（ａ）〜（ｄ）は本実施形態の構成によるインク吐出動作を示し、図５（２）（ａ）〜（ｄ）は従来の構成（図９参照）によるインク吐出動作を示している。

まず、図５（１）を参照して、本実施形態の構成によるインク吐出動作を説明する。同図（ａ）はノズル５内にインクが充填された状態を示している。この状態から、同図（ｂ）に示すように、２つのヒータ１ａ，１ｂを同時に作動させて発泡室１１内のインクを加熱すると、膜沸騰により発生する気泡の成長圧力によって、インクが第１の吐出口部４の方へ押し出され始める。

本実施形態の構成では、上述したように、透視平面図（図４（ａ））で見たときに各ヒータ１ａ，１ｂが第２の吐出口部１０内の領域とその外の領域とにまたがるように配置されている。そのため、その後、同図（ｃ）に示すように発泡状態がほぼ最大になったとき、気泡が第２の吐出口部１０のインク淀みが生じ得る領域、すなわち、第２の吐出口部１０内の第１の吐出口部４の内径よりも外側の領域に存在するインクも第１の吐出口部４の方へ押し出され、さらには２つのヒータ１ａ，１ｂで発生させた２つの気泡が発泡室１１内のインクを挟み込むようにして第１の吐出口部４の方へ押し出す。このようにして発生した気泡は、インク供給路９内のインクと発泡室１１内のインクとを分離する。その後、気泡は同図（ｄ）に示すように第１の吐出口部４を通じて大気に連通し、これにより液滴が第１の吐出口部４から吐出される。

本実施形態によれば、上述したように、第２の吐出口部１０のインク淀みが生じ得る領域に存在するインクが押し出されるので、第２の吐出口部１０に淀んだインクが蓄熱することによって吐出液滴の体積にばらつきが生じることを抑えることができる。また、インク供給路９内のインクと発泡室１１内のインクとが分離されるので、主液滴に続いて生じることがあるサテライトやミストの発生を少なくすることが可能である。そのため、液滴が安定して吐出され、記録画像の画質を高めることができる。本実施形態の構成では、２つのヒータ１ａ，１ｂによる発泡パワーを適宜調整することにより、サテライトやミストの発生を無くすことも可能である。

また、本実施形態では、上記のようなヒータ１ａ，１ｂの配置によって、第２の吐出口部１０のインク淀みが生じ得る領域に存在するインクを押し出し、インク供給路９内のインクと発泡室１１内のインクとを分離することが可能な構成になっている。そのため、第２の吐出口部１０にインク淀みが生じないようにしたり、インク供給路９内のインクと発泡室１１内のインクとを分離したりするために、各吐出口部４，１０の寸法等を特別な寸法に設定する必要がなくなる。このことは、逆に言えば各吐出口部４，１０の寸法等に関する設計の自由度が増すことを意味する。

さらに、本実施形態では上記のようなヒータ１ａ，１ｂの配置によってインク供給路９内のインクと発泡室１１内のインクとを分離する構成になっていることから、第２の吐出口部１０の各部寸法に多少のばらつきがあっても、インク供給路９内のインクと発泡室１１内のインクとを分離することが可能である。したがって、第２の吐出口部１０自身の大きさや、インク供給路９に対する第２の吐出口部１０のアライメントに、製造時に多少のばらつきが生じていても、それらが液滴の吐出に与える影響を少なくすることができる。本実施形態の構成によれば上記のようなばらつきを許容できることから、その結果として、インクジェット記録ヘッドの製造コストを低下させることが可能である。

これに対して、従来の構成では、図５（２）（ａ）に示すようにヒータ１０１が第２の吐出口部１１０の中心の真下に配置されており、ヒータ１０１がインクを膜沸騰させて発生した気泡は、圧力が逃げやすい吐出口１０４方向とインク供給路１０９方向とに向けて成長する（同図（ｂ）参照）。そのため、同図（ｃ）に示すように、発生した気泡はノズル１０５の中心軸に対して非対称な形で成長し、同図の矢印で示すようにインク供給路１０９側のインクと発泡室１１１内のインクとを分離しにくくなる。インク供給路１０９側のインクと発泡室１１１内のインクとが繋がったまま液滴が吐出されると、インク供給路１０９から発泡室１１１内にリフィルされるインクによって吐出口１０４，１１０内に偏ったメニスカス面が形成されてしまうことがある。この場合は、吐出口１０４，１１０に偏って残ったインクが、吐出口１０４から吐出された主液滴に引っ張られて吐出口１０４から吐出させられ、粒径が小さく吐出速度が遅いサテライトやミストが発生してしまう。

（第２の実施形態）
図６は本発明の第２の実施形態によるインクジェット記録ヘッドのノズル構造を示す図であり、図６（ａ）はインクジェット記録ヘッドの複数のノズルのうちの１つを基板に対して垂直な方向から見た透視平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面図、図６（ｃ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。

図６に示すように、本実施形態では１つのノズル５に対して４つのヒータ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが設けられている。これら４つのヒータ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、図６（ａ）に示す透視平面図で見た場合に第２の吐出口部１０の中心または重心に対して実質的に対称に配置されており、これにより液滴の吐出方向のバランスがとられている。また、図６（ａ）に示す、インク供給路９に沿って延びるＡ−Ａ’線上に配置されている２つのヒータ１ａ，１ｂの面積は、そのＡ−Ａ’線に対して直交しているＢ−Ｂ’線上に配置されている２つのヒータ１ｃ，１ｄの面積よりも大きい。また、いずれのヒータ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄも、第１の実施形態と同様に図６（ａ）に示す透視平面図で見た場合に、第２の吐出口部１０の内側の領域とその外側の領域とに跨がるように、素子基板２上に配置されている。

本実施形態では、図６（ｂ）等に示すように第２の吐出口部１０が円柱形状を有している。そのため、本実施形態の第２の吐出口部１０の容積は、図４（ｂ）等に示したように側壁がテーパー状に形成された第２の吐出口部１０の容積よりも大きくなっている。このように第２の吐出口部１０や発泡室１１の容積が大きい構成では、１つのノズル５に対して設けられているヒータが第１の実施形態のように２つだけであると、発泡により生じた気泡の体積がそれらの容積に対して相対的に小さくなってしまうことから、図５（２）（ｃ）を参照して説明したように、気泡成長時に気泡によって発泡室１１内のインクとインク供給路９のインクとを分離することができない場合が生じてしまう。

これに対し、本実施形態のように１つのノズル５に対して４つのヒータ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが設けられていると、本実施形態のように第２の吐出口部１０や発泡室１１の容積が大きい構成であっても、それらによって発生させられる気泡の体積が比較的大きくなるので、気泡成長時に気泡によって発泡室１１内のインクとインク供給路９のインクとをより確実に分離することが可能になる。

（第３の実施形態）
図７は本発明の第２の実施形態によるインクジェット記録ヘッドのノズル構造を示す図であり、図７（ａ）はインクジェット記録ヘッドの複数のノズルのうちの１つを基板に対して垂直な方向から見た透視平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面図、図７（ｃ）は図７（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。

図７に示すように、本実施形態においても第１の実施形態と同様に１つのノズル５に対して２つのヒータ１ａ，１ｂが設けられており、それらのヒータ１ａ，１ｂはインク供給路９に沿って延びるＡ−Ａ’線上に配置されている。ただし、本実施形態では、２つのヒータ１ａ，１ｂのうちインク供給路９に近い方のヒータ１ａの面積が、他方のヒータ１ｂの面積よりも大きい構成になっている。また、本実施形態では、第１の実施形態の構成に比べてインク供給路９の流路が広くなっており、そのためインク供給路９におけるインクの流抵抗が小さくなっている。さらに、第２の吐出口部１０の上部の径が第１の実施形態の構成よりも大きいために、第２の吐出口部１０の容積は第１の実施形態のものに比べて大きくなっている。

なお、本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、２つのヒータ１ａ，１ｂのそれぞれが、図７（ａ）に示す透視平面図で見た場合に、第２の吐出口部１０の内側の領域とその外側の領域とに跨がるように、素子基板２上に配置されている。さらに、ヒータ１ａは、インク供給路９の発泡室側の開口部の幅方向に、その開口部の幅以上の長さを有している。

このように、インク供給路９におけるインクの流抵抗が比較的小さく、さらに第２の吐出口部１０の容積が比較的大きい構成では、図４（ａ）に示した第１の実施形態のように２つのヒータ１ａ，１ｂが同じ大きさだと、ヒータ１ａ，１ｂによって発泡させられた気泡がインク供給路９側に傾いて成長することから、吐出口４のメニスカス面に偏りが生じてしまうことがある。

これに対し、本実施形態のようにインク供給路９に近い方のヒータ１ａが他方のヒータ１ｂよりも大きい構成では、インク供給路９側のヒータ１ａによる発泡エネルギーが他方のヒータ１ｂよりも大きいため、ヒータ１ａ，１ｂによって発泡させられた気泡をインク供給路９側とは反対側に成長させようとする力が生じる。そのため、インク供給路９におけるインクの流抵抗が比較的小さく、さらに第２の吐出口部１０の容積が比較的大きいことにより気泡がインク供給路９側に傾いて成長しようとする力と、インク供給路９に近い方のヒータ１ａが他方のヒータ１ｂよりも大きいことにより気泡がインク供給路９側とは反対側に成長しようとする力とが相殺され、インクを吐出口４から真っ直ぐに吐出させることが可能になる。

もちろん、本実施形態でも第１の実施形態等と同様に、第２の吐出口部１０のインク淀みが生じ得る領域に存在するインクが押し出されるとともに、インク供給路９内のインクと発泡室１１内のインクとが確実に分離されるので、主液滴に続いて生じることがあるサテライトやミストの発生を少なくすることが可能である。

（第４の実施形態）
図８は本発明の第２の実施形態によるインクジェット記録ヘッドのノズル構造を示す図であり、図８（ａ）はインクジェット記録ヘッドの複数のノズルのうちの１つを基板に対して垂直な方向から見た透視平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面図、図８（ｃ）は図８（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。

図８に示すように、本実施形態では、発泡室１１の両側にインク供給路９ａ，９ｂが連通しており、それらの双方から発泡室１１にインクが供給される構成となっている。２つのヒータ１ａ，１ｂのそれぞれが、図８（ａ）に示す透視平面図で見た場合に、第２の吐出口部１０の内側の領域とその外側の領域とに跨がるように、素子基板２上の各インク供給路９ａ，９ｂの近傍に配置されている。なお、図８（ａ）に示す透視平面図で見た場合に、各ヒータ１ａ，１ｂの中心が第２の吐出口部１０の外縁上に配置されている。

このように発泡室１１の両側にインク供給路９ａ，９ｂが連通した構成においても、２つのヒータ１ａ，１ｂのそれぞれが第２の吐出口部１０の内側の領域とその外側の領域とに跨がるように配置され、かつ各ヒータ１ａ，１ｂは第２の吐出口部１０の内側の領域と、第２の吐出口部１０の外側の領域とを跨ぐように配置されているため、ヒータ１ａ，１ｂによって同時に発生させられた２つの気泡は、各インク供給路９ａ，９ｂ内のインクと発泡室１１内のインクとを確実に分離し、さらに発泡室１１内のインクを挟み込むようにして第１の吐出口部４の方へ押し出して、第１の吐出口部４からインク滴を吐出させる。したがって、本実施形態でも第１の実施形態等と同様に、第２の吐出口部１０のインク淀みが生じ得る領域に存在するインクが押し出されるとともに、インク供給路９内のインクと発泡室１１内のインクとが確実に分離されるので、主液滴に続いて生じることがあるサテライトやミストの発生を少なくすることが可能である。特に、本実施形態のように、第２の吐出口部１０が素子基板２に対して垂直な柱状をなす場合、図８（ａ）に示す透視平面図で見た第２の吐出口部１０の外縁部は、図８（ｂ）に示す第２吐出口部の隅部１２と重なることになる。この隅部１２は第２吐出口部１０でもインクよどみが起こりやすいが、その部分の下方にヒータ中心を設けることで、第２の吐出口部１０のインク淀みが生じ得る領域に存在するインクが押し出されることを、より確実なものとしている。

なお、このような構成においては、インク供給路９内のインクと発泡室１１内のインクとを確実に分離できるように、十分な発泡エネルギーを出力できるサイズのヒータ１ａ，１ｂが設けられている。

本発明の代表的な実施の形態であるインクジェットプリンタＩＪＲＡの構成の概要を示す外観斜視図である。 インクジェットプリンタＩＪＲＡの制御回路の構成を示すブロック図である。 本発明に好適なインクジェット記録ヘッドの実施の形態を一部切り欠いて見た斜視図である。 本発明の第１の実施形態によるインクジェット記録ヘッドのノズル構造を示す図である。 ノズル内のインクの発泡から吐出までの様子を詳しく説明するための模式図である。 本発明の第２の実施形態によるインクジェット記録ヘッドのノズル構造を示す図である。 本発明の第３の実施形態によるインクジェット記録ヘッドのノズル構造を示す図である。 本発明の第４の実施形態によるインクジェット記録ヘッドのノズル構造を示す図である。 従来のインクジェット記録ヘッドにおける複数のノズルのうちの１つを代表して示す図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ ヒータ
２ 素子基板
３ 流路構成基板
４ 第１の吐出部
５ ノズル
９，９ａ，９ｂ インク供給路
１０ 第２の吐出部
１１ 発泡室
１２ 隅部

Claims (5)

1. 液滴を吐出させるためのエネルギを発生する吐出エネルギ発生素子が主面上に設けられた素子基板と、
   複数の前記吐出エネルギ発生素子を有する発泡室と、液滴を吐出する第１の吐出口部と、前記発泡室と前記第１の吐出口部とを連通する第２の吐出口部と、前記発泡室に液体を供給する液体供給路と、を構成するために前記素子基板の主面上に接合された流路構成基板と、
   を備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、
   前記複数の吐出エネルギ発生素子は前記第２の吐出口部の中心または重心に対して略対称に配置されており、
   前記素子基板の主面に対して垂直な方向から見た平面透視図において、前記吐出エネルギ発生素子の少なくとも１つは、前記第２の吐出口部の内側の領域と、前記第２の吐出口部の外側の領域とを跨ぐように配置されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記素子基板の主面に対して垂直な方向から見た平面透視図において、前記第２の吐出口部の内側の領域と、前記第２の吐出口部の外側の領域とを跨ぐように配置されている前記吐出エネルギ発生素子は、前記液体供給路の前記発泡室側の開口部の幅方向に、該開口部の幅以上の長さを有している、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
3. 前記素子基板の主面に対して垂直な方向から見た平面透視図において、少なくとも１つの前記吐出エネルギ発生素子の中心が第２の吐出口部の外縁上に配置されている、請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 前記吐出エネルギ発生素子は１つの前記発泡室に対して少なくとも４つ以上備えられている、請求項１から３のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
5. 前記素子基板の主面に対して垂直な方向から見た平面透視図において、前記第２の吐出口部の内側の領域と、前記第２の吐出口部の外側の領域とを跨ぐように配置されている前記吐出エネルギ発生素子は、同じ前記発泡室に備えられている他の前記吐出エネルギ発生素子よりも発泡面積が大きい、請求項１から４のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。

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