JP2008044311A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 印字幅が広く、基板短辺のサイズを小さく抑えつつ機械的強度が高く、吐出量や配置密度の異なるノズルを有したヘッドを提供する。
【解決手段】 ヘッドは、オフセット配置された複数の供給口を有し、これらの供給口長辺の両端に位置する領域のうち、チップエッジとの距離が大きい領域に、配置密度の高い複数のヒータと、このヒータを駆動するＭＯＳトランジスタ等を配置し、チップエッジとの距離が小さい領域に、配置密度の低い複数のヒータと、このヒータを駆動するＭＯＳトランジスタ等を配置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インクジェット記録ヘッド、に関する。

インクジェット記録装置に搭載されるインクジェット記録ヘッドには、インクを吐出する複数のノズルと、各ノズルに供給されるインクを一時的に保持する共通液室と、共通液室と各ノズルとを連通するインク流路とが設けられ、各インク流路内にはインクを吐出するために利用されるエネルギを発生するためのヒータ（電気熱変換素子）が形成されている。各ヒータはシリコン等からなる基板上に設けられ、各ヒータに電力を供給するための駆動素子となるＭＯＳトランジスタや配線等とともに基板上に一体的に形成されている。

記録を行う際には、共通液室に供給されたインクが各インク流路に導かれ、ノズルでメニスカスを形成して保持される。このときヒータを選択的に駆動させることにより、膜沸騰が生じてインク流路内に気泡が発生し、この気泡の成長によってインクがノズルから吐出される。

このような構成のインクジェット記録ヘッドを用いての記録方法によれば、品位の高い画像を高速、低騒音で記録することができるとともに、この記録方法を行うインクジェット記録ヘッドでは液体を吐出するためのノズルを高密度に配置することができるため、小型の装置で高解像度の記録画像、さらにカラー画像をも容易に得ることができるという多くの優れた利点を有している。このため、このような記録方法は、近年、プリンタ、複写機、ファクシミリなどの多くのオフィス機器に利用されており、さらに、捺染装置などの産業用システムにまで利用されるようになってきている。

図４は、インクジェット記録ヘッドを構成する基板上における各素子の配置構成の一従来例を示す模式的平面図である。

図４において、１はシリコン等からなる基板、２はインク吐出に利用される熱エネルギを発生するためのヒータが配置されている領域、３は個々のヒータ選択的に電力を供給するためのＭＯＳトランジスタが配置されている領域、４は前記ＭＯＳトランジスタのスイッチング動作を制御するための論理回路等が配置されている領域である、５は基板外部との電気的接続を行なうためのパッドが配置されている領域、６は基板１の裏面側に設けられたインクタンク（不図示）から基板１の表面に配置されている各ヒータの位置へインクを供給するためのインク供給口である。

領域２に配置されている個々のヒータと、領域３に配置されている個々のＭＯＳトランジスタはそれぞれＡＬ等の配線（不図示）で接続されている。

図２は、図４でのＡＡ′線における断面図であり、図４には示されていない、ノズルや流路の断面構造も併せて示すものである。なお、図２では図４に示したＭＯＳトランジスタや論理回路等の図示は省略されている。

図２において、７はヒータ、８は流路、９はノズル、１０は流路８やノズル９を形成するノズル材、１１はインクタンクである。

基板１の裏面側に設けられたインクタンク１１に貯留されたインクは、インク供給口６と流路８を介してそれぞれのヒータ７の位置に供給される。そして、この供給されたインクにはヒータが発生する熱エネルギが付与され、その結果、インク中に生じる気泡１２の生成時の圧力によってノズル９からインク滴１３が吐出される。

上述の基板の構成において、インク供給口６はアルカリ性のウェットエッチング液を用いた異方性エッチングによって形成される。基板表面の結晶面として、（１００）面を表面にもつシリコン基板を用いてインクジェット記録ヘッドを形成するのが一般的であるが、この場合、形成されるインク供給口６の側面の面方位は（１１１）であり、このインク供給口６の側面と基板１の表面とで形成される角度（テーパ角）は５４．７°となる。

近年のインクジェット記録ヘッドでは、印字速度を上げるために印字幅は大きく設定する場合が多く、基板の長辺は１０ｍｍ乃至３０ｍｍと比較的大きい基板サイズであるのに対し、コストダウンのために基板面積の縮小を行い、収量を増やしているため、基板の短辺は、３ｍｍ乃至１ｍｍと小さいサイズになっている。このように基板長辺のサイズが大きくなり、且つ基板短辺のサイズが小さくなっているため、基板の機械的強度が落ち、歩留まりの低下が生じている。

この問題を解決するために、図３に示すように、インク供給口を複数に分割しオフセット配置することで基板の機械的強度を上げる方法がある。図３では供給口を４つに分割した場合に関して示した。供給口の位置がオフセット配置されることに伴って、供給口の両端に位置する一連の複数のヒータは４つのグループに分割されオフセット配置される。これは供給口とヒータの位置の関係は液滴の吐出性能に影響を及ぼすため、全ての位置で供給口とヒータの位置関係を同等にしたいためである。

これに対してＭＯＳトランジスタは、必ずしもオフセット配置する必要は無く、むしろ配線や、基板内に形成する拡散層の配置の観点からは図３に示した様にチップ長辺と平行に連続して配置した構成が好ましい。

このように供給口を分割し、オフセット配置することでチップの機械的強度は向上するが、この方法では、図３にＢで示しただけ、基板短辺のサイズが大きくなってしまう。このため、基板のコストアップを引き起こすという問題がある。

また、近年のインクジェット記録ヘッドでは、スピードと画像の高精細性を両立するため、ヘッド中にインク吐出量や配置密度の異なるノズルを配置する構成が採られる場合がある。

例えば、ヘッドは１２００ｄｐｉで配置された吐出量２ｐｌのノズル群および６００ｄｐｉで配置された吐出量８ｐｌのノズル群を備え、高精細な画像を出力する際は、１２００ｄｐｉで配置された吐出量２ｐｌのノズル群から、高速な印字を要求される場合は、６００ｄｐｉで配置された吐出量８ｐｌのノズル群からインクを吐出する。また、これら中間の画像では両方のノズルを所望の割合で使用し画像を出力しても良い。

この様なヘッドは、例えは吐出量や解像度の異なるノズルを作製した複数の基板を１つのヘッドに組み込むことで実現できる。

しかしながら、この方法では異なった基板をヘッドに組み込むため、ヘッドを作製する場合、複数のチップを設計しなくてはならず、ヘッドの開発コストがかかるという問題があった。

このような異なる吐出量のインク滴を吐出可能なヘッドをより安価に作製できる技術が求められている。

従来例としては、例えば特許文献１と特許文献２をあげることが出来る。
特開平１０−７１７１４号公報 特開２００４−５０６３６号公報

以上説明したように、印字幅が広く、ローコストで、吐出量や配置密度の異なるノズルを有したヘッドが求められている。

本発明はこの課題を解決するもので、その目的とするところは、印字幅が広く、基板短辺のサイズが小さく抑えつつ機械的強度が高く、吐出量や配置密度の異なるノズルを有したインクジェット記録ヘッドを提供することである。

本発明のインクジェット記録ヘッドは、オフセット配置された複数の供給口を有し、これらの供給口長辺の両端に位置する領域のうち、チップエッジとの距離が大きい領域に、配置密度の高い複数のヒータと、このヒータを駆動するＭＯＳトランジスタ等を配置し、チップエッジとの距離が小さい領域に、配置密度の低い複数のヒータと、このヒータを駆動するＭＯＳトランジスタ等を配置する。

配置密度の高いヒータを駆動するＭＯＳトランジスタは、ヒータ配置方向と平行な方向の配置密度はヒータの配置密度とほぼ同密度の高い配置密度であり、ヒータ配置方向と垂直な方向のＭＯＳトランジスタのサイズは大きい。

配置密度の低いヒータを駆動するＭＯＳトランジスタは、ヒータ配置方向と平行な方向の配置密度はヒータの配置密度とほぼ同密度の低い配置密度であり、ヒータ配置方向と垂直な方向のＭＯＳトランジスタのサイズは小さい。

以上説明したように、本発明のインクジェット記録ヘッドは、オフセット配置された複数の供給口を有し、該複数の供給口長辺の両端に位置する領域のうち、基板エッジとの距離が大きい領域に、配置密度の高い複数のヒータと、該ヒータを駆動するＭＯＳトランジスタを配置し、チップエッジとの距離が小さい領域に、配置密度の低い複数のヒータと、該ヒータを駆動するＭＯＳトランジスタを配置することを特徴とする。

この構成により、チップの機械的強度を確保できるだけでなく、１つのチップで吐出量や配置密度の異なるヘッドを作製することができる。

従って本発明により、印字幅が広く、ローコストで、吐出量や配置密度の異なるノズルを有したインクジェット記録ヘッドを提供することができる。

以下に、本発明のインクジェット記録ヘッドに関して、より詳しく説明する。なお、ここに示す実施例は、本発明の最良の実施の形態の一例ではあるものの、本発明は、これら実施例により限定されるものではない。

図１に、本発明による、インクジェット記録ヘッドの構造の模式図を示す。図１はインクジェット記録ヘッドを構成する基板の模式的平面図である。図１において、図３に用いた符合と同一番号の物は同一の構成物を表す。図１において１４は１２００ｄｐｉの密度で配置された吐出量２ｐｌの複数のノズルが配置された領域、１５は６００ｄｐｉの密度で配置された吐出量８ｐｌの複数のノズルが配置された領域である。それぞれのノズルが配置された領域には、各ノズルに対応してノズルと同一密度でヒータが配置されている。

１６は、前記１２００ｄｐｉの密度で配置された吐出量２ｐｌのノズルが配置された領域に配置されているヒータを駆動するためのＭＯＳトランジスタが配置されている領域、１７は前記６００ｄｐｉの密度で配置された吐出量８ｐｌのノズルが配置された領域に配置されているヒータを駆動するためのＭＯＳトランジスタが配置されている領域である。

領域１６に配置されているＭＯＳトランジスタは約１２００ｄｐｉで配置され、領域１７に配置されているＭＯＳトランジスタは約６００ｄｐｉで配置されている。

本発明は、図１に示したように、オフセット配置された複数の供給口を有し、これらの供給口長辺の両端に位置する領域のうち、チップエッジとの距離が大きい領域に、配置密度の高い複数のヒータと、このヒータを駆動するＭＯＳトランジスタ等を配置し、チップエッジとの距離が小さい領域に、配置密度の低い複数のヒータと、このヒータを駆動するＭＯＳトランジスタ等を配置する。

一般に、ＭＯＳトランジスタの電流駆動能力はＭＯＳトランジスタのサイズに比例する。吐出量２ｐｌのノズル部のヒータと吐出量８ｐｌのノズル部のヒータでは、インク吐出時に、ほぼ同等あるいは吐出量８ｐｌのヒータにやや大きめのエネルギが必要とされる。従って、ＭＯＳトランジスタのサイズは、いずれの吐出量のヒータにおいても、ほぼ同様に設定することが望まれる。

１２００ｄｐｉで領域１６に配置されているＭＯＳトランジスタは隣接するＭＯＳトランジスタ同士の間隔、すなわちヒータ配置方向と平行な方向の配置密度は約２１μｍであり、６００ｄｐｉで領域１６に配置されているＭＯＳトランジスタは隣接するＭＯＳトランジスタ同士の間隔、すなわちヒータ配置方向と平行な方向の配置密度は約４２μｍである。このように、配置密度の高いヒータを駆動するＭＯＳトランジスタのヒータ配置方向と平行な方向の配置密度は、配置密度の低いヒータを駆動するＭＯＳトランジスタの約１／２になる。

一方ヒータ配置方向と垂直な方向のＭＯＳトランジスタのサイズは、図１に示したように配置密度の低いヒータを駆動するＭＯＳトランジスタの約２倍になるように配置する。

従って、いずれの配置密度のヒータを駆動するＭＯＳトランジスタの駆動能力は、ほぼ同等になる。

前記したように、オフセット配置された複数の供給口長辺の両端に位置する領域のうち、チップエッジとの距離が大きい領域に、配置密度の高い複数のヒータを供給口の近傍に配置しているので、ヒータとチップ端面の間には大きな領域が存在し、ヒータ配置方向と垂直な方向のＭＯＳトランジスタのサイズを大きく設定することができる。

また、図１では配置密度の高いヒータを一直線状に配置した場合に関して示したが、必ずしも一直線状に配置する必要は無い。このように一直線状に配置することにより、印字のプロセスを簡略化や、印字品位の向上を実現できる。

本発明のインクジェット記録ヘッドの構造を説明するための模式図(平面図)。 従来のインクジェット記録ヘッドの構造を説明するための模式図(断面図)。 従来のインクジェット記録ヘッドの、他の形態の構造を説明するための模式図(平面図)。 従来のインクジェット記録ヘッドの構造を説明するための模式図(平面図)。

符号の説明

１ 基板
２ ヒータが配置されている領域
３ ＭＯＳトランジスタが配置されている領域
４ 論理回路が配置されている領域
５ パッドが配置されている領域
６ インク供給口
７ ヒータ
８ 流路
９ ノズル
１０ ノズル材
１１ インクタンク
１２ 泡
１３ 液滴
１４ ヒータが１２００ｄｐｉの密度で配置されている領域
１５ ヒータが６００ｄｐｉの密度で配置されている領域
１６ １２００ｄｐｉの密度で配置されているヒータを駆動するＭＯＳトランジスタが配置されている領域
１７ ６００ｄｐｉの密度で配置されているヒータを駆動するＭＯＳトランジスタが配置されている領域

Claims (3)

1. インクを吐出するために利用される熱エネルギを発生するヒータと、前記ヒータに電力を供給するためのＭＯＳトランジスタと、基板裏面から基板表面にインクを供給する供給口と、該インクを吐出するノズルと、該ノズルに連通し、前記供給口から供給されたインクを前記ノズルへと導く流路と、を基板表面に有し、インクを吐出して記録を行うインクジェット記録ヘッドであって、
   前記インクジェット記録ヘッドは、オフセット配置された複数の供給口を有し、該複数の供給口長辺の両端に位置する領域のうち、基板エッジとの距離が大きい領域に、配置密度の高い複数のヒータと、該ヒータを駆動するＭＯＳトランジスタを配置し、チップエッジとの距離が小さい領域に、配置密度の低い複数のヒータと、該ヒータを駆動するＭＯＳトランジスタを配置することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記配置密度の高いヒータに対応するノズルから吐出するインクの吐出量が、前記配置密度の低いヒータに対応するノズルから吐出するインクの吐出量より少ないことを特徴とする、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
3. 前記配置密度の高いヒータは、前記基板の長辺方向全体に渡り、一直線状に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。

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