JP2008080792A - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】リフィル周波数を上げ、チップコスト及び駆動電源による製造コストを増加させることなく、高画質を実現する。
【解決手段】インク供給口５００の短辺方向の少なくとも一方側に、インク供給口５００からの距離が相対的に小さい第１の吐出口１００ａと、インク供給口５００からの距離が相対的に大きい第２の吐出口１００ｂとがインク供給口５００の短辺方向に対して千鳥状に交互にずらして配置される。さらに、複数のヒータは、第１及び第２の吐出口１００ａ，１００ｂにそれぞれ対応する第１のヒータ４００ａ及び第２のヒータ４００ｂを含んで構成されている。また、第１のヒータ４００ａは、インク供給口５００の短辺方向を長手方向とする長方形に形成された１つの発熱抵抗体からなる。そして、第２のヒータ４００ｂは、長方形に形成された複数の発熱抵抗体を有し、各発熱抵抗体の長辺側で隣り合って配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、インクジェット方式で液滴を吐出して記録媒体に記録を行う液体吐出ヘッドに関する。

近年、数多くの記録装置が使用されるようになり、これらの記録装置に対して、高速記録、高解像度、高画像品質、低騒音などが要求されている。このような要求に応える記録装置として、インクジェット装置が挙げられる。

インクジェット方式において電気熱変換素子を用いるインク吐出方法は、吐出エネルギー発生素子を配設するためのスペースを大きく確保する必要がなく、記録ヘッドの構造が簡素で、ノズルの集積化が容易であること等の利点がある。一方、このインク吐出方法の固有の問題としては、電気熱変換素子が発生する熱等が記録ヘッド内に蓄熱されることによって、飛翔するインク滴の体積が変動することや、消泡によって生じるキャビテーションが電気熱変換素子に及ぼす悪影響があった。また、このインク吐出方法には、インク内に溶け込んだ空気が記録ヘッド内の残留気泡になることで、インク滴の吐出特性や画像品質に及ぼす悪影響があった。

これらの問題を解決する方法としては、特許文献１、２、３、４に、インクジェット記録方法及び記録ヘッドが開示されている。

このインクジェット記録方法を採用することで、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が可能になる。また、このインクジェット記録方法を採用することで、気泡の消泡時に発生するキャビテーションを解消して、ヒータの耐久性の向上を図ることが可能となり、更なる高精細画像が容易に得られるようになる。上述した公報において、気泡を外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。

一方、この種の記録方法では、粒状性を目立たなくするために、従来のインクジェット記録装置では、色の薄いインクと濃いインクをそれぞれ吐出する２列のノズル列が設けられる構成が提案されている。

しかしながら、上述のように色の薄いインクと濃いインクをそれぞれ吐出するためには、それぞれのインク用のインクタンクが必要なるため、製造コストの増加につながる。この問題を回避するために、インク滴のサイズが異なる複数種のノズルが設けられ、画像の明部から中間部分を比較的小さいインク滴で記録ドットを形成し、中間調部分から暗部までを比較的大きいインク滴で記録ドットを形成するような記録方法が提案されている。

しかしながら、記録ドット径が異なる複数の吐出口を配置した場合、また更なる小液滴化を目指したとき、ノズル列方向の解像度を変えない場合、液滴が小さいため、所望の吐出量を打ち込むことができなくなる。記録ヘッドの走査方向の解像度を上げて打ち込み量を増やす方法もあるが、この場合には、吐出周波数を上げる、または記録速度を遅くする必要がある。また、記録ヘッドの走査数を増やし、マルチパスによって打ち込み吐出量を増やす方法も提案されているが、これも走査数の増加に伴い記録速度を遅くしなければならない。そのために、小液滴化に伴いノズル列の解像度を上げる必要があるが、これにも限界がある。一般に小液滴化すると効率が悪くなるのは周知の事実であり、あるところで、ノズル解像度に対するヒータサイズの比率が非常に大きくなり、ヒータに配線を通すことが困難になり、最後にはヒータを一列に並べることができなくなる。これはヒータに限らず、インクを供給する流路についても同様である。

そのため、図１２に示すように、ヒータ４０００を千鳥状に交互にずらして並べる構成が知られている。この構成の場合、ヒータ４０００の位置によって、ドット径が異なるノズルを配置しても良いし、ヒータ４０００の位置にかかわらずに同じドット径のものを配置しても良い。
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０４−１０９４１号公報

図１２に示した高解像度のノズル列における例を示す。図１２を参照して、ノズルの寸法を詳細に説明する。隣接する各ノズルにおける、インク供給口５０００の長手方向に平行な方向のピッチが４２．５μｍピッチ(６００ｄｐｉ)で、このピッチのノズル列が千鳥状に交互にずらして配置されており、ヒータ４０００の外形寸法が１３μｍ×２６μｍである。この構成の場合は、インク供給口５０００からの距離が相対的に小さい第１の吐出口１０００に対応するノズル(短いノズル)の圧力室２０００がある。このため、製造上の理由からノズル壁の厚さは８μｍ程度に形成され、長いノズルは、インク供給路３０００の狭い部分におけるインク供給口５０００の長辺方向に平行な幅寸法が１０μｍ程度に形成されている。

しかしながら、この構成においても問題がある。第１の問題として、長いノズルのヒータ４０００が短いノズルよりもインク供給口５０００から遠くに配置されているので、短ノズルのヒータ４０００を長方形化してインク供給路３０００を長く確保しても、充分なリフィル周波数が得られないという問題がある。

第２の問題は、このような長方形のヒータ４０００を用いることによって、圧力室２０００奥側にインクが流動しにくいデッドゾーンが生じるため、このデッドゾーンに気泡が溜まりやすく、吐出動作が不安定になりやすいことが知られている。この吐出動作の不安定性の問題は、液滴が数ｐｌ程度の小液滴化になればなるほど、顕著化することが知られている。

第３の問題は、複数のノズルを有するノズル部の面積の増加に伴う製造コストの上昇である。現在、ヒータが配置された基板は半導体基板であって、チップ面積が大きくなるほど、１つのウェハーから得られる個数が減り、製造コストがかさんでしまう。この場合、ヒータが長方形になるため、長いノズルのヒータがインク供給口から更に遠くに配置され、その分のノズル部の面積が増大し、ノズル基板が大きくなることによって製造コストが増加してしまう。

これらの問題を解決するために、長いノズルのヒータを正方形に形成するといった提案もされている。

しかし、このように短いノズルと長いノズルとでヒータの形状を異ならせた構成では、ヒータ抵抗がそれぞれ異なるので、駆動通電時間(駆動パルス幅)を一定にした場合、複数の駆動電源を備えるか、変圧用の回路を設ける必要がある。このため、第４の問題として、電源の製造コストがかさむ不都合が生じていた。

さらには、駆動パルス幅をそれぞれ変える手法もあるが、駆動パルスが、記録速度から許容される時間内に入らなかったり、長パルスによる発泡効率が悪くなったりするだけでなく、熱流束が変化することによる吐出の不安定などの問題も発生していた。これは、液滴が数ｐｌ程度の小液滴化になればなるほど吐出不安定性の問題は顕著化することが知られている。

そこで、本発明は、チップコストを増加させることなく、また駆動電源による製造コストの増加や長パルスによる発泡効率の悪化や吐出動作を不安定化することなく、高画質を実現する高解像度ノズルを有する液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。また、本発明は、ノズル列の更なる小液滴化を実現することができる液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る液体吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数の吐出口と、該吐出口に連通した複数の液体流路と、前記液体流路に液体を供給する液体供給口と、発熱抵抗体からなり前記吐出口に対向する位置に配置された複数の記録素子と、を有し、前記吐出口は、前記液体供給口に対する少なくとも一方側に、前記液体供給口からの距離が相対的に短い第１の吐出口と、前記液体供給口からの距離が相対的に長い第２の吐出口とを含むとともに、前記第１の吐出口及び前記第２の吐出口が千鳥状に配置され、かつ前記複数の記録素子が、前記第１の吐出口及び前記第２の吐出口にそれぞれ対応する第１の記録素子及び第２の記録素子を含んで構成された液体吐出ヘッドにおいて、前記第１の記録素子は、前記複数の吐出口の配列方向と交差する方向を長手方向とする長方形に形成された１つの前記発熱抵抗体からなり、前記第２の記録素子は、長方形に形成された複数の前記発熱抵抗体を有し、当該複数の発熱抵抗体は直列に接続されるとともに長辺側で隣り合って配置されている。

なお、本発明は、発熱抵抗体が正方形に形成される構成を含んでおり、この構成の場合、正方形の各発熱抵抗体のいずれかの辺が隣り合って配置されることを指している。

本発明によれば、チップコストを増加させることなく、また駆動電源による製造コストの増加や長パルスによる発泡効率の悪化や吐出動作を不安定にすることなく、高画質を実現することができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

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説明する。図１は、実施形態のインクジェット記録ヘッドを一部切り欠いて示す斜視図である。図１に示すように、本実施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記録素子（ヒータ）４００が設けられた素子基板１１０と、液体流路としての複数のインク供給路を構成する流路形成部材１１１とを備えている。

素子基板１１０は、例えばガラス、セラミックス、樹脂材、金属材等によって形成されており、一般にＳｉによって形成されている。素子基板１１０の主面上には、各インクの流路毎に、ヒータ４００と、このヒータ４００に電圧を印加する電極（図示せず）と、この電極に接続された配線（図示せず）とが、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１１０の主面には、蓄熱の発散性を向上させる絶縁膜（図示せず）が、ヒータ４００を被覆するように設けられている。また、素子基板１１０の主面には、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（図示せず）が、絶縁膜を被覆するように設けられている。

流路形成部材１１１は、素子基板１１０に積層されて接合されている。流路形成部材１１１は、図１に示すように、インクが流動する複数のインク供給路（ノズル）３００と、これら各ノズル３００にインクを供給する長尺状のインク供給口（液体供給口）５００とを有している。また、流路形成部材１１１は、インク滴を吐出するノズル３００の先端開口である複数の吐出口１００を有している。吐出口１００は、素子基板１１０上に略平板状に形成されたヒータ４００に対向する位置に形成されている。

素子基板１１０上には、複数のヒータ４００及び複数のノズル３００が配置されている。インクジェット記録ヘッドは、各ノズル３００の長手方向が平行に配列された第１のノズル列と、インク供給口５００の短辺方向に対して第１のノズル列に対向する位置に各ノズル３００の長手方向が平行に配列された第２のノズル列とを備えている。第１及び第２のノズル列は、隣接する各ノズルの間隔が６００ｄｐｉピッチまたは１２００ｄｐｉに形成されている。また、第２のノズル列の各ノズル３００は、第１のノズル列の各ノズル３００に対して、ドット配置の理由から必要に応じて、隣接する各ノズル間のピッチが互いにずれて配列されている。

このようなインクジェット記録ヘッドは、特開平４−１０９４０号公報及び特開平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いる。このインクジェット記録ヘッドには、インクの吐出時に発生する気泡が吐出口を介して外気に連通されているものもある。

以下に、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変形例を挙げて説明する。

（第１の実施形態）
図２は、第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドのノズル構造を示している。特にインク供給口５００の一方側について説明するがこれに限られるものではなく、インク供給口の他方側にも以下に説明するノズル群が構成されていてもよい。第１の液体流路３００ａ、第２の液体流路３００ｂは、一端が圧力室２００ａ、２００ｂに連通されるとともに他端がインク供給口５００に連通されている。図２に示すように、本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、インク供給口５００からの距離が相対的に小さい複数の第１の吐出口１００ａと、インク供給口５００からの距離が相対的に大きい複数の第２の吐出口１００ｂとを有している。これら第１の吐出口１００ａと第２の吐出口１００ｂは、インク供給口５００の短辺方向に対して、千鳥状に交互にずらして配置されている。また、本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、第１及び第２の吐出口１００ａ，１００ｂに対応して、第１及び第２のヒータ４００ａ、４００ｂがそれぞれ配置されている。

図２において、本実施形態における寸法は、ノズル列方向のノズルピッチが長いノズルと短いノズルがそれぞれ４２．３μｍ（６００ｄｐｉ）で、これら長いノズルと短いノズルを組み合わせることで１２００ｄｐｉのノズル解像度を実現している。また、インク供給口５００の短辺方向の対向する位置にも同じ構成のノズル列が配置され、各ノズル列がピッチをずらすことで解像度２４００ｄｐｉを達成している。インク供給口５００からの距離が相対的に小さい記録素子としての第１のヒータ（第１の記録素子）４００ａは、各辺が１３μｍ×２６μｍの長方形に形成されている。

また、インク供給口５００からの距離が相対的に小さい第１の吐出口１００ａは内径φ１０μｍ〜φ１５μｍに形成されている。図２に示すように、第１のヒータ４００ａは、吐出口１００ａの配列方向と交差する方向に、長方形の長手方向が平行に配置されるように構成されている。また、相対的に長いノズルであるインク供給路３００ｂは、隣接する第１のヒータ４００ａ同士の間に位置している部位におけるインク供給口５００の長辺方向に平行な幅寸法が、第１のヒータ４００ａの発熱抵抗体の短辺の寸法以下に形成されている。

インク供給口５００からの距離が相対的に大きい第２のヒータ（第２の記録素子）４００ｂは、９．５μｍ×１３．５μｍの長方形をなす２つの発熱抵抗体で構成され、電気的に直列に接続されている。これら２つの発熱抵抗体は、長辺側が隣り合って平行に配置されており、離間距離が、２μｍ〜４μｍ程度にされている。また、インク供給口５００からの距離が相対的に大きい吐出口１００ｂは内径φ５μｍ〜φ１０μｍに形成されている。多階調ドットを記録するために、第１及び第２の吐出口１００ａ、１００ｂから吐出される液滴を変えられるように、第１及び第２の吐出口１００ａ、１００ｂの直径だけでなく、第１及び第２のヒータ４００ａ、４００ｂも面積が異なっている。

圧力室２００ａ、２００ｂとヒータ４００ａ、４００ｂとのクリアランスは２μｍ程度で、ヒータ４００ａ、４００ｂの外形サイズよりも２μｍ幅広の位置に圧力室２００ａ、２００ｂの壁が形成されている。また、インク供給口５００からの距離は、インク供給口５００からの距離が相対的に小さい第１のヒータ４００ａが４４μｍ程度にされ、第１のヒータ４００ａと第２のヒータ４００ｂとの中心間距離は、３５μｍ〜４５μｍ程度となっている。

このように、インク供給口５００からの距離が長いノズルについても、従来よりもインク供給路３００ｂの長さを短くすることができるので、第１の問題であるリフィル時間について、従来に比べて短縮することができ、高速に記録することが可能となる。また、第２の問題である、圧力室奥側に生じるインクが流動しにくいデッドゾーンが小さくなり、気泡による不安定な吐出を回避することができる。

また、インク供給口５００からの距離が相対的に小さい第１のヒータ４００ａの長手方向の寸法は、インク供給口５００からの距離が相対的に大きい第２のヒータ４００ｂの長手方向の長さの略２倍にされている。これによって、ヒータ抵抗が同じになり、第１及び第２のヒータ４００ａ、４００ｂは、共通の電源でそれぞれ駆動することができる。このため、第４の問題である電源の製造コストの増加に関して、電源を追加する必要がなくなり、製造コストを低減する効果も得られる。

次に、この構成における第１及び第２のヒータ４００ａ、４００ｂの素子基板における配線状態の模式図を図５に示す。また、図５におけるＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線にそれぞれ沿った断面図を図８（ａ）〜図８（ｃ）に示す。

図５及び図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように、下層側から説明すると、第１の配線層７０３の上にスルーホール８００が形成され、このスルーホール８００の上にヒータ層（抵抗体層）７００、第２の配線層７０２が順に積層されている。スルーホール８００を介して、第１の配線層７０３と第２の配線層７０２とが電気的に接続されている。第１及び第２の配線層７０３，７０２、ヒータ層７００、スルーホール８００を除く部分のすべては、絶縁層７０１ａ，７０１ｂで覆われている。

インク供給口５００からの距離が相対的に小さい第１のヒータ４００ａは、ヒータ４００ａの近傍に設けられたスルーホール８００を介して連結された上下２層をなす第１及び第２の配線層７０３、７０２に電気的に接続されている。

また、第１及び第２の配線層７０３、７０２が存在せずにヒータ層７００のみが設けられている領域が、第１及び第２のヒータ４００ａ、４００ｂである。図５に示すように、第１のヒータ４００ａ及び第２のヒータ４００ｂは共に、その短辺側に配線が電気的に接続されている。

図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、第１及び第２のヒータ４００ａ，４００ｂの直下には第２の配線層７０２が存在せず、放熱の影響や基板の段差によるノズル部材の段差の影響を受けにくい構成となっている。さらに、スルーホール８００は、ヒータ４００ａ，４００ｂ近傍に配置されており、面積効率が良い構成となっている。また、スルーホール８００は、隣り合う第１のヒータ４００ａ同士の中間に設置され、スルーホール８００によるノズル部材の段差の影響を受けにくい構成となっている。また、スルーホール８００の中心と、第１のヒータ４００ａの中心とは、ノズル列方向に平行な同一直線上に位置している。

以上のように、このような構成を採ることで、素子基板上のレイアウト効率も良く配置できる、第３の問題である基板サイズによる製造コストの増加についても解決することができる。

図９は、本実施形態における回路図である。各種データ処理や時分割駆動の制御を行う処理ブロック６３０は、入力された記録データに基づいて選択的に駆動するヒータ４００ａ、４００ｂを決定する。ヒータ４００ａ、４００ｂに駆動電圧を供給するための電源供給素子６１０及びＧＮＤ端子６１１は、上述したように、同電圧で駆動できるので、ヒータ４００ａ、４００ｂで共通にされている。

駆動時間決定信号端子６００、６０１は、それぞれヒータ４００ａ、４００ｂの駆動通電時間を決定する。本実施形態では、別系統としたが、共通化しても良い。パワートランジスタ６５０は、ＡＮＤ回路６４０ａ、６４０ｂによって、駆動するべきヒータ４００ａ、４００ｂが選択的に適正な駆動時間で動作させることができ、適正な吐出動作ができるように構成されている。

上述したように、本実施形態によれば、チップの製造コストを増加することなく、また駆動電源による製造コストの増加や長パルスによる発泡効率の悪化や吐出動作を不安定にすることなく、高画質を実現することができる。また、本発明の更なる目的は、更なる小液滴ノズル列を実現することである。

更には、第１のヒータに通電する配線を２層の配線層とすることで、ヒータや配線のレイアウト効率を向上するだけでなく、スルーホールをヒータ近傍に設けることによって、レイアウト効率を更に向上することができる。また更には、スルーホール部の基板段差によるノズル部の段差の影響を最小限に抑えることができる。また、上述した第２の記録素子は、２つの前記発熱抵抗体の各短辺の長さと、２つの前記発熱抵抗体の間の距離とを加算した長さが、前記第２の吐出口の配置ピッチの半分以上となっている。

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態のインクジェット記録ヘッドのノズル構造を示す平面図である。本実施形態は、第１の実施形態と同様に、インク供給路３００ａ、３００ｂの一端が圧力室２００ａ、２００ｂに連通されるとともに他端がインク供給口５００に連通されている。図３に示したように、本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、インク供給口５００からの距離が相対的に小さい複数の第１の吐出口１００ａと、インク供給口５００からの距離が相対的に大きい複数の第２の吐出口１００ｂとを有している。これら第１の吐出口１００ａと第２の吐出口１００ｂは、インク供給口５００の短辺方向に対して千鳥状に交互にずらして配置されている。また、本実施形態では、第１及び第２の吐出口１００ａ，１００ｂに対応して、第１及び第２のヒータ４００ａ、４００ｂがそれぞれ配置されている。

また、相対的に長いノズルであるインク供給路３００ｂは、隣接する第１のヒータ４００ａ同士の間に位置している部分におけるインク供給口５００の長辺方向に平行な幅寸法が、第１のヒータ４００ａの発熱抵抗体の短辺の寸法以下に形成されている。

図３に示すように、ノズル列方向のノズルピッチは、第１の実施形態と同様に、長いノズルと短いノズルがそれぞれ４２．３μｍ（６００ｄｐｉ）で形成され、これら長いノズルと短いノズルを組み合わせることで１２００ｄｐｉのノズル解像度を実現している。また、これらのノズルとインク供給口５００を短辺方向の対向する位置にも、同一構成の長短ノズルを有するノズル列が設けられ、各ノズル列がピッチをずらすことで解像度２４００ｄｐｉを達成している。

インク供給口５００からの距離が相対的に小さい第１のヒータ４００ａは、各辺が１３μｍ×２６μｍの長方形に形成されている。また、インク供給口５００からの距離が相対的に小さい第１の吐出口１００ａは内径φ１０μｍ〜φ１５μｍに形成されている。

インク供給口５００からの距離が相対的に大きい第２のヒータ４００ｂは、１３μｍ×１３μｍの正方形をなす２つの発熱抵抗体で構成されている。これら２つの発熱抵抗体は、長辺側が隣り合って平行に配置されており、離間距離が、２μｍ〜４μｍ程度にされている。

本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、インク供給口５００からの距離が相対的に大きい第２の吐出口１００ｂが、インク供給口５００からの距離が相対的に小さい第１の吐出口１００ａと同じく内径φ１０μｍ〜φ１５μｍに形成されている点である。本実施形態は、第１の実施形態と異なり、実質的に同一の、すなわちほぼ等しい吐出量でノズル解像度のみを向上した構成である。したがって、本実施形態は、第１及び第２の吐出口１００ａ，１００ｂだけでなく、第１及び第２のヒータ４００ａ、４００ｂも面積が等しくなっている。

圧力室２００ａ、２００ｂとヒータ４００ａ、４００ｂとのクリアランスは第１の実施形態と同様に、２μｍ程度で、ヒータ４００ａ、４００ｂの外形サイズよりも２μｍ幅広の位置に圧力室２００ａ、２００ｂの壁が形成されている。また、インク供給口５００からの距離は、インク供給口５００からの距離が相対的に小さいヒータが４４μｍ程度、第１のヒータ４００ａと第２のヒータ４００ｂとの中心間の距離は、３５μｍ〜４５μｍ程度となっている。

このように、インク供給口５００からの距離が大きいノズルについても、従来よりもインク供給路の長さを短くすることができるため、第１の問題であるリフィル時間について、従来に比べて短縮でき高速に記録することが可能となる。また、第２の問題である圧力室奥側に生じるインクが流動しにくいデッドゾーンが小さくなり、気泡による不安定な吐出を回避することができる。

また、インク供給口５００からの距離が相対的に小さい第１のヒータ４００ａの長手方向の寸法は、インク供給口５００からの距離が相対的に大きい第２のヒータ４００ｂの長手方向の寸法のほぼ２倍にされている。これによって、第１及び第２のヒータ４００ａ、４００ｂを共通の電源でそれぞれ駆動することができるので、第４の問題である電源の製造コストの増加に関して、電源を追加する必要がなくなり、製造コストを低減する効果も得られる。

この構成におけるヒータ４００ａ、４００ｂの素子基板における配線模式図は、図５及び図８に示した第１の実施形態と全く同様であるため、説明を省略する。また、回路構成も、図９に示した第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

しかしながら、本発明は上述の構成に限定されるものではない。例えば図６に示すような配線状態においても本発明は適用可能である。配線の幅を、必要とされる条件に応じて可能な限り細く形成することで、図６に示すような配線の構成が可能となる。これにより、図５に示した構成と同様に、上述した課題を解決することが可能となる。

（第３の実施形態）
図４は、第３の実施形態のインクジェット記録ヘッドのノズル構造を示す平面図である。インク供給路３００ａ、３００ｂは、一端が圧力室２００ａ、２００ｂに連通されるとともに他端がインク供給口５００に連通されている。図４に示すように、本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、インク供給口５００からの距離が相対的に小さい複数の第１の吐出口１００ａと、インク供給口５００からの距離が相対的に大きい複数の第２の吐出口１００ｂとを有している。これら第１の吐出口１００ａと第２の吐出口１００ｂは、インク供給口５００の短辺方向に対して千鳥状に交互にずらして配置されている。また、インクジェット記録ヘッドは、第１及び第２の吐出口１００ａ，１００ｂに対応して、第１及び第２のヒータ４００ａ、４００ｂがそれぞれ配置されている。

図４において、ノズル列方向のノズルピッチは、第１の実施形態と同様に、長いノズルと短いノズルがそれぞれ４２．３μｍ（６００ｄｐｉ）にされ、これら長いノズルと短いノズルを組み合わせることで１２００ｄｐｉのノズル解像度を実現している。また、インク供給口５００の短辺方向の対向する位置にも同じ構成のノズル列が設けられ、各ノズル列のピッチをずらすことで解像度２４００ｄｐｉを達成している。

インク供給口５００からの距離が相対的に小さい第１のヒータ４００ａは、各辺が１３μｍ×２６μｍの長方形に形成されている。また、インク供給口５００からの距離が相対的に小さい第２の吐出口１００ａは内径φ１０μｍ〜φ１５μｍに形成されている。

インク供給口５００からの距離が相対的に大きい第２のヒータ４００ｂは、各辺が７μｍ×１３．５μｍの長方形をなす２つの発熱抵抗体で構成されている。これら２つの発熱抵抗体は、長辺側が隣り合って平行に配置されており、離間距離が、２μｍ〜４μｍ程度にされている。

また、相対的に長いノズルであるインク供給路３００ｂは、隣接する第１のヒータ４００ａ同士の間に位置している部分におけるインク供給口５００の長辺方向に平行な幅寸法が、第１のヒータ４００ａの発熱抵抗体の短辺の寸法以下に形成されている。

本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、インク供給口５００からの距離が相対的に大きい第２の吐出口１００ｂが、第１の実施形態よりもさらに小さい内径φ３μｍ〜φ７μｍに形成されている点である。本実施形態によれば、第１の実施形態に比べてさらに多階調に構成したい場合に好適であり、さらに小さい液滴を吐出することができる。第１の実施形態と同様に、第１及び第２の吐出口１００ａ、１００ｂから吐出される液滴を変えられるように、第１及び第２の吐出口１００ａ、１００ｂの内径だけでなく、第１及び第２のヒータ４００ａ、４００ｂも面積が異なっている。

また、本実施形態は、第１の実施形態と異なる点で、インク供給口５００からの距離が相対的に大きいヒータ４００ｂの長手方向は、インク供給路３００ｂの長手方向に対して９０度回転させた向きになっている。本実施形態は、吐出された液滴の尾切れを良くするために、吐出時のインク供給路３００ｂからのインクを遮断する効果を併せ持つ構成となっている。

圧力室２００ａ、２００ｂとヒータ４００ａ、４００ｂとのクリアランスは、第１の実施形態と同様に、２μｍ程度で第１及び第２のヒータ４００ａ、４００ｂの外形サイズよりも２μｍ幅広の位置に圧力室２００ａ、２００ｂの壁が形成されている。また、インク供給口５００からの距離は、インク供給口５００からの距離が相対的に小さい第１のヒータ４００ａが４４μｍ程度にされ、第１のヒータ４００ａと第２のヒータ４００ｂとの中心間の距離は、３５μｍ〜４５μｍ程度となっている。

このように、インク供給口５００からの距離が相対的に大きいノズル（長いノズル）についても、従来よりもインク供給路３００ｂの長さを短くすることができる。このため、第１の問題であるリフィル時間について、従来に比べて短縮することができ、比較的高速に記録することが可能となる。また、第２の問題である、圧力室奥側に生じるインクが流動しにくいデッドゾーンが小さくなり、気泡による不安定な吐出を回避することができる。

また、インク供給口５００からの距離が相対的に小さい第１のヒータ４００ａの長手方向の寸法は、インク供給口５００からの距離が相対的に大きい第２のヒータ４００ｂの長手方向の長さのほぼ２倍にされている。これによって、第１及び第２のヒータ４００ａ、４００ｂを共通の電源でそれぞれ駆動することができるので、第４の問題である電源の製造コストの増加に関して、電源を追加する必要がなくなるので、製造コストを低減する効果も得られる。

次に、この構成におけるヒータ４００ａ、４００ｂの素子基板における配線模式図を図７に示す。また、図７中のＢ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線にそれぞれ沿った断面図を図８（ｂ）から図８（ｄ）に示す。

図８（ｂ）〜図８（ｄ）に示すように、本実施形態の層構成は、第１の実施形態の構成と同様である。

図７に示すように、第１の実施形態と同様に、インク供給口５００からの距離が相対的に小さい第１のヒータ４００ａは、このヒータ４００ａの近傍のスルーホール８００を介して、上下２層の第１及び第２の配線層７０３、７０２と電気的に接続されている。また、配線層７０３、７０２が存在せずにヒータ層のみが存在している領域が、第１及び第２のヒータ４００ａ、４００ｂである。

第１の実施形態と同様に、第１及び第２のヒータ４００ａ，４００ｂの直下に第２の配線層７０２が存在せずに、放熱の影響や基板の段差によるノズル部材の段差の影響を受けにくい構成となっている。さらに、スルーホール８００は、第１及び第２のヒータ４００ａ，４００ｂの近傍に配置されており、面積効率が良い構成となっている。また、スルーホール８００は、隣り合う第１のヒータ４００ａ同士の中間に設置され、スルーホール８００によるノズル部材の段差の影響を受けにくい構成にされている。また、スルーホール８００の中心と、第１のヒータ４００ａの中心とは、ノズル列方向に平行な同一直線上に位置している。

本実施形態が他の実施形態と異なる点は、インク供給口５００からの距離が相対的に大きい第２のヒータ４００ｂにおける配線パターンが異なっている点である。インク供給口５００からの距離が相対的に大きい第２のヒータ４００ｂにおける２つの発熱抵抗体の長手方向は、インク供給路の長手方向に対して直交されており、９０度回転させた向きになっているため、配線を工夫する必要がある。本実施形態では、図７に示すように、第２の配線層７０２をＳ字状に湾曲させることによって、上述の構成の配線を実現している。

以上のように、本実施形態においても、このような構成を採ることで、基板上のレイアウトも効率良く配置することができる、第３の問題である基板サイズによる製造コストの増加についても解決することができる。

また、回路構成においても、図９に示した第１の実施形態と全く同様であるため、説明を省略する。

最後に、上述したインクジェット記録ヘッドを用いたインクジェットプリンタについて簡単に説明する。

＜インクジェットプリンタの概略＞
図１０は、本発明の代表的な実施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１０に示すように、キャリッジＨＣは、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と、ガイドレール５００３とに支持されて矢印ａ，ｂ方向を往復移動される。キャリッジＨＣは、リードスクリュー５００５の螺旋溝５００４に対して係合するピン（不図示）を有している。このキャリッジ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の移動方向に亘って記録紙Ｐをプラテン５０１０に対して押圧する。フォトカプラ５００７，５００８は、キャリッジＨＣ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。記録ヘッドＩＪＨの前面をキャップするキャップ部材５０２２は支持部材５０１６に支持されている。このキャップ部材５０２２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ＩＪＨの吸引回復を行う。本体支持板５０１８には、クリーニングブレード５０１７と、このブレード５０１７を前後方向に移動可能にする部材５０１９が支持されている。クリーニングブレード５０１７は、この構成に限定されるものではなく、周知のクリーニングブレードが本実施形態に適用できることは勿論である。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ＨＣと係合するカム５０２０の移動に伴って移動され、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を介して移動制御される。

これらのキャッピング、クリーニング、吸引回復動作は、キャリッジＨＣがホームポジション側の領域に移動したときに、リードスクリュー５００５が回転駆動することで、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。なお、周知のタイミングで所望の動作を行うように構成されれば、本実施形態にはいずれの構成が適用されてもよい。

＜制御系の構成＞
次に、上述したインクジェットプリンタの記録動作を制御する制御系の構成について説明する。

図１１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。図１１に示すように、制御回路は、記録信号が入力されるインタフェース１７００と、論理回路としてのＭＰＵ１７０１とを有している。また、制御回路は、ＭＰＵ１７０１が実行する制御プログラムが格納されるＲＯＭ１７０２と、各種データ（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ＤＲＡＭ１７０３とを有している。また、制御回路は、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を有しており、このゲートアレイ１７０４がインタフェース１７００、ＭＰＵ１７０１、ＲＡＭ１７０３間のデータ転送制御も行う。

制御回路は、記録ヘッドＩＪＨを駆動する、つまり記録素子の通電状態を切り換えるヘッドドライバ１７０５を介して、記録ヘッドＩＪＨを駆動制御する。また、制御回路は、搬送モータ１７０９、キャリアモータ１７１０を駆動するモータドライバ１７０６，１７０７を介して、記録ヘッドＩＪＨを搬送するためのキャリアモータ１７１０及び記録紙の搬送のための搬送モータ１７０９を駆動制御する。

以上の制御回路の処理を説明する。インタフェース１７００に記録信号が入力されたとき、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に出力された記録データに従って記録ヘッドＩＪＨが駆動され、記録紙上に記録が行われる。

次に、インクジェット記録ヘッドＩＪＨについて説明する。本発明に係る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ーとして熱エネルギーを発生する手段を備え、その熱エネルギー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ている。この方式が用いられることによって、記録される文字や画像等の高密度化及び高精細化を達成している。特に本実施形態では、熱エネルギー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って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。

本実施形態のインクジェット記録ヘッドの一部を切り欠いて示す斜視図である。 第１の実施形態におけるノズル列の一部を示す模式図である。 第２の実施形態におけるノズル列の一部を示す模式図である。 第３の実施形態におけるノズル列の一部を示す模式図である。 第１及び第２の実施形態における素子基板の配線の一例を示す模式図である。 第１及び第２の実施形態における素子基板の配線の他の例を示す模式図である。 第３の実施形態における素子基板の配線を示す模式図である。 第１〜第３の実施形態における素子基板を示す模式的断面図である。 第１〜第３の実施形態における素子基板の記録素子駆動に関する回路図である。 本実施形態のインクジェットプリンタを示す図である。 上記インクジェットプリンタを説明するためのブロック図である。 従来例のインクジェット記録ヘッドにおけるノズル列の一部を示す模式図である。

符号の説明

１１０ 素子基板
１１１ 流路形成部材
１００ａ 第１の吐出口
１００ｂ 第２の吐出口
２００ 圧力室
３００ ノズル
４００ａ 第１のヒータ
４００ｂ 第２のヒータ
５００ インク供給口
７００ ヒータ層
７０１ａ，７０１ｂ 絶縁層
７０２，７０３ 配線層
８００ スルーホール

Claims (13)

1. 液滴を吐出する複数の吐出口と、該吐出口に連通した複数の液体流路と、前記液体流路に液体を供給する液体供給口と、発熱抵抗体からなり前記吐出口に対向する位置に配置された複数の記録素子と、を有し、前記吐出口は、前記液体供給口に対する少なくとも一方側に、前記液体供給口からの距離が相対的に短い第１の吐出口と、前記液体供給口からの距離が相対的に長い第２の吐出口とを含むとともに、前記第１の吐出口及び前記第２の吐出口が千鳥状に配置され、かつ前記複数の記録素子が、前記第１の吐出口及び前記第２の吐出口にそれぞれ対応する第１の記録素子及び第２の記録素子を含んで構成された液体吐出ヘッドにおいて、
   前記第１の記録素子は、前記複数の吐出口の配列方向と交差する方向を長手方向とする長方形に形成された１つの前記発熱抵抗体からなり、
   前記第２の記録素子は、長方形に形成された複数の前記発熱抵抗体を有し、当該複数の発熱抵抗体は直列に接続されるとともに長辺側で隣り合って配置されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記第１の記録素子及び前記第２の記録素子に通電するための配線は、前記発熱抵抗体の短辺側に接続されている請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記第２の記録素子は、２つの前記発熱抵抗体からなり、前記第１の記録素子の前記発熱抵抗体の長辺の長さは、前記第２の記録素子の前記発熱抵抗体の長辺の長さの略２倍にされている請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記複数の液体流路が、前記第１の記録素子が配置された第１の液体流路と、前記第２の記録素子が配置された第２の液体流路とを含み、
   前記第２の液体流路は、隣接する前記第１の記録素子の間に位置している部位における前記複数の吐出口の配列方向に平行な幅が、前記第１の記録素子の前記発熱抵抗体の短辺の寸法以下に形成されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記第２の吐出口から吐出される液滴の量が前記第１の吐出口から吐出される液滴の量よりも少ない請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記第１の吐出口及び前記第２の吐出口から吐出される液滴の量がほぼ等しい請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記第２の記録素子は、２つの前記発熱抵抗体の各短辺の長さと、２つの前記発熱抵抗体の間の距離とを加算した長さが、前記第２の吐出口の配置ピッチの半分以上である請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
8. 複数の前記記録素子に駆動電圧を供給する電源供給手段と、前記記録素子ごとに配置され前記記録素子の通電状態を切り換えるためのドライバと、前記ドライバを選択的に駆動するための論理回路とをさらに有し、
   前記電源供給手段は、前記第１及び第２の記録素子にそれぞれ駆動電圧を供給する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
9. 複数の前記記録素子に駆動電圧を供給する電源供給手段と、前記記録素子ごとに配置され前記記録素子の通電状態を切り換えるためのドライバと、前記ドライバを選択的に駆動するための論理回路とをさらに有し、
   前記論理回路は、前記記録素子の駆動時間に関する信号を前記ドライバに出力するための駆動時間決定信号手段を有し、該駆動時間決定信号手段が、前記第１及び第２の記録素子で共通である請求項１ないし８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記第１の記録素子に通電するための配線は、前記発熱抵抗体の近傍に設けられたスルーホールを介して電気的に接続された上下２層の配線層を有している請求項１ないし９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記上下２層の配線層は、前記発熱抵抗体をなす抵抗体層と接さない下層の配線層が、前記第１の記録素子の直下を除く位置に配置されている請求項１０に記載の液体吐出ヘッド。
12. 前記上下２層の前記配線層を電気的に接続する前記スルーホールは、隣接する前記第１の記録素子同士の間に配置されている請求項１０に記載の液体吐出ヘッド。
13. 前記上下２層の前記配線層を電気的に接続する複数の前記スルーホールの中心と、複数の前記第１の記録素子の中心とは、前記複数の吐出口の配列方向において同一直線上に位置している請求項１２に記載の液体吐出ヘッド。

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