JP3544061B2

JP3544061B2 - インクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置

Info

Publication number: JP3544061B2
Application number: JP16765496A
Authority: JP
Inventors: 博之石永; 潤河合; 昌明泉田; 肇金子; 雅彦久保田; 雅実池田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-06-27
Filing date: 1996-06-27
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2016-06-27
Also published as: JPH1016220A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータの出力用端末としてのプリンタ、ビデオプリンタ等に用いられるインクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置に関し、特に、インク吐出のためのエネルギーとして利用される熱エネルギーを発生する電気熱変換素子を形成した基体を有するインクジェット記録ヘッドおよび該ヘッドを具えたインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
なお、ここで、記録とは、布、糸、紙、シート材等のインク付与を受けるインク支持体全てへのインク付与等（プリント）を含むものであり、また、インクジェット記録装置は、各種情報処理装置全てあるいはその出力機器としてのプリンタを含むものであり、本発明はこれらへの用途が可能なものである。
【０００３】
【従来の技術】
近年、プリンタ等において用いられるインクジェット記録装置は小型化、低価格化のみならずカラー記録、高画質記録の要求が高まってきている。従来、高画質を実現するためには記録ヘッドの精密かつ複雑な構成を必要とし、また、その駆動についても精度が高くかつ複雑な制御を必要としていた。このため、高画質記録は高コストなものとなり装置サイズも比較的大きいものであった。
【０００４】
一方、例えば特公昭６２−４８５８５号公報には、１つのインク路内に２つ以上の電気熱変換素子を設けることにより比較的簡易な構成で吐出量（すなわちドットサイズ）を変調し高画質を実現するものが提案されているが、このような構成は、高画質化の一環として多値記録を行う上で重要なものの一つである。
【０００５】
【背景技術】
ところで、上記２つ以上の電気熱変換素子を有する構成において、吐出量変調を行う具体的手法は、１つのインク路内に２つの電気熱変換素子（以下、吐出ヒータともいう）が設けられる場合において夫々別個の量のインクを吐出しようとするとき、夫々の吐出ヒータのサイズの比と夫々の吐出量の比を同一になるようヘッド等を設計するのが一般的である。
【０００６】
ところが、このような設計に基ずいて記録ヘッドを実用化した場合、吐出量等の精度はある程度の満足できる水準にあるものの、上述したような近年の精度要求を満足することができないことがあった。本発明者等は、この要求を満たすべく、吐出ヒータとインク吐出口（以下、オリフィスともいう）との距離やオリフィスのサイズ等の設計パラメータを種々変更する実験を行なったところ、２つの吐出ヒータ間での吐出量比のパラメータのバランスが崩れ、目的の吐出量を達成するためにヘッドの設計を始めから見直す必要が生ずる等の問題が新たに発生することを認識するに至った。すなわち、インク路内に２つの吐出ヒータを設けたことで、個々の吐出ヒータについて高精度で所望の吐出量を得るため、或いはそれぞれの吐出安定性を高水準に維持するためのインク路の設計は、２つの吐出ヒータが存在することによる複合的な要素がからみ合い、実用水準さえも満足することができない場合があった。
【０００７】
更に、本発明者等は、上述したヘッドの吐出量等に関する設計の従来技術の問題に加え、以下の検討も行った。所望の吐出量を得るためのインク路に関する設計で考慮すべきパラメータは、オリフィスの開口面積、インク路の長さ、吐出ヒータのサイズおよび位置等がある。そのうち、１つのインク路内に複数の吐出ヒータが設けられる場合のインク路設計において、オリフィス面積やインク路長さに着目して検討したところ、これらのパラメータの変更のみでは、各吐出ヒータの駆動について夫々所望の吐出量を安定して得ることが難しいことが判った。これは他のパラメータが夫々の吐出量に与える影響も支配的であり、上記パラメータの変更によって吐出特性が同時に変化するためと考えられるからである。
【０００８】
ところで、インク路の設計に関するパラメータのうち、吐出ヒータのサイズは半導体製造プロセスにおける基板のパターニング工程用のフォトマスクの設計時点で決まるため、所望の吐出量を得るためのサイズの変更をするにはヘッドをほとんど初めからつくりなおさなくてはならないことになる。このため、夫々の吐出ヒータによる吐出量のバランスを後から変更することは、時間的にも作業負荷的にも相当のロスになる。逆に、吐出量のバランスすなわち吐出量の比さえ決めることができれば、その他の吐出特性の調整は比較的容易である。例えば、吐出ヒータのインク路に対する位置は、基板をウエハーから切り出す際に設定できるし、オリフィス面積の変更はオリフィスの開口を明けるレーザ等のエネルギーの調整をすることで実現できる。これらは、値を細かく変更することも可能であるし、比較的後の工程なので時間的、作業的なロスも少ない。
【０００９】
本発明者等は、具体的な吐出量を異ならせる場合の複数の吐出ヒータに要求される吐出安定条件を検討したところ、ヘッド設計上きわめて重要である吐出量の比が、吐出ヒータの面積比（好ましくは個々の吐出ヒータのサイズおよび形状）が吐出に及ぼす影響に着目しかつこの面積比を適切に制御することにより、夫々の吐出ヒータによる所定の吐出量を高精度かつ安定的に得ることができることを確認した。これは、次のような理由からであると推察される。
【００１０】
吐出ヒータには、実際の吐出エネルギーに利用される発熱領域と吐出エネルギーとして利用されない発熱領域が存在する。これは、吐出ヒータが駆動され発熱する際の温度分布に起因している。すなわち、吐出ヒータにおいてその周縁部は中心部より発熱温度が低いため、この領域はインクを加熱発泡する温度には達しない非発泡領域となってその発泡は吐出エネルギーとして利用されない。これに対し、吐出ヒータのインクが発泡する温度に至る発泡領域を有効発泡領域ということにする。従って、この考え方に基ずいて次なる方法により複数の吐出ヒータの設計をすることで安定的に所望の吐出量を得ることができる。
【００１１】
第一に、夫々の吐出ヒータによる吐出量の比をある値に設定しようとするとき、その比よりやや小さい比で各吐出ヒータの面積を設計する。
【００１２】
第二に、より好ましくは、設計しようとする夫々の吐出ヒータによる吐出量の比に対し、夫々の吐出ヒータの幅の比を、夫々１μｍ〜１０μｍの長さを引いたものの比と等しくなるよう設計する。
【００１３】
第三に、更に好ましくは、夫々の吐出ヒータによる吐出量の比と夫々の吐出ヒータの有効発泡面積の比がほぼ一致することである。
【００１４】
第四に、上記第三番目における有効発泡面積は吐出ヒータの面積の周囲から１μｍ〜１０μｍの面積を除いたものの比である。
【００１５】
以上述べた観点は、インク路に対する夫々の吐出ヒータの面積中心の位置がほぼ同じであり、吐出ヒータの材質、膜厚、駆動条件がほぼ一致している場合のものである。
【００１６】
しかしながら、これらの条件を一致させた場合、吐出量の少ない方の吐出ヒータに関する吐出性能が特に粘度の高いインクを用いた場合や低温環境でインクの粘度が高くなった場合等に低下し、吐出不良を生じる等の問題がある。これは、吐出量の少ない方の吐出ヒータに係る吐出パワーが小さいために発生する問題であり、１つのインク路内に複数の吐出ヒータを持つヘッドの大きな課題であった。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述のように夫々の吐出ヒータで所望の吐出量を安定的に得るとともに、１つのインク路内に複数の吐出ヒータを持つヘッドの本質的な課題を解決したインクジェット記録ヘッドおよび該ヘッドを用いたインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
そのために発明では、インクを吐出するための吐出口を有するインク路と、一つのインク路に対応して複数設けられた電気熱変換素子とを有し、前記吐出口が、前記インク路のインクが流れる方向において前記電気熱変換素子の前方に配されているインクジェット記録ヘッドであって、前記複数の電気熱変換素子の内の２つの電気熱変換素子の面積をＳｈ１，Ｓｈ２（Ｓｈ１＞Ｓｈ２）とし、該２つの電気熱変換素子それぞれによるインクの吐出量をそれぞれＶｄ１，Ｖｄ２（Ｖｄ１＞Ｖｄ２）としたとき、Ｖｄ１／Ｖｄ２≦Ｓｈ１／Ｓｈ２の関係を満たし、かつ、前記２つの電気熱変換素子それぞれの面積中心と吐出口との距離をＯＣ１，ＯＣ２としたとき、ＯＣ１＞ＯＣ２の関係を満たし、前記２つの電気熱変換素子は、面積がＳｈ２である電気熱変換素子の前記吐出口側の端が、面積がＳｈ１である電気熱変換素子の前記吐出口側の端より前記吐出口に近く、前記インク路のインクが流れる方向と直交する方向において互いに隣接する部分を有する様に配されていることを特徴とする。
【００１９】
また、インクを吐出するための吐出口を有するインク路と、一つのインク路に対応して複数設けられた電気熱変換素子とを有し、前記吐出口が前記インク路のインクが流れる方向において前記電気熱変換素子の前方に配されているインクジェット記録ヘッドを用い、被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記録装置において、前記複数の電気熱変換素子の内の２つの電気熱変換素子の面積をＳｈ１，Ｓｈ２（Ｓｈ１＞Ｓｈ２）とし、該２つの電気熱変換素子それぞれによるインクの吐出量をそれぞれＶｄ１，Ｖｄ２（Ｖｄ１＞Ｖｄ２）としたとき、Ｖｄ１／Ｖｄ２≦Ｓｈ１／Ｓｈ２の関係を満たし、かつ、前記２つの電気熱変換素子それぞれの面積中心と吐出口との距離をＯＣ１，ＯＣ２としたとき、ＯＣ１＞ＯＣ２の関係を満たし、前記２つの電気熱変換素子は、面積がＳｈ２である電気熱変換素子の前記吐出口側の端が、面積がＳｈ１である電気熱変換素子の前記吐出口側の端より前記吐出口に近く、前記インク路のインクが流れる方向と直交する方向において互いに隣接する部分を有する様に配されていることを特徴とする。
【００２０】
以上の構成によれば、２つの電気熱変換素子に係る吐出量比と面積比が、Ｖｄ１／Ｖｄ２≦Ｓｈ１／Ｓｈ２の関係を満たすことによって、各電気熱変換素子による吐出量の比率（Ｖｄ１／Ｖｄ２）が１より大きい所定の比率で精度よく得られるとともに、その面積がより小さな電気熱変換素子の面積中心と吐出口との距離が相対的に短くされるとともに、面積がより小さな電気熱変換素子の吐出口側の端が、面積がより大きな電気熱変換素子の吐出口側の端より吐出口に近くなるよう配されるので、インク増粘等に対する相対的な吐出パワーの低下を防止することができる。また、面積がより小さな電気熱変換素子と面積がより大きな電気熱変換素子とがインク路のインクが流れる方向と直交する方向において互いに隣接する部分を有する様に配されているので、有効発砲領域が拡大し、吐出効率を向上させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係るインク路およびこのインク路内に設けられる電気熱変換素子（以下、吐出ヒータともいう）を主に示す模式的断面図である。
【００２３】
インクジェット記録ヘッドには、複数のオリフィス１Ａおよびインク路１が設けられる（図１にはこれらのそれぞれ１つのみが示される）。インク路１は液室２と連通し、この液室２から供給されるインクにより、インク路１内には毛管力によってオリフィス１Ａ付近にメニスカス３が形成される。本発明はインク路内に２つ以上の吐出ヒータが設けられる構成に適用されるが、本実施形態では２つの吐出ヒータが設けられるインク路構成について説明する。すなわち、各インク路１内には２つの吐出ヒータＡ４およびＢ６が設けられ、それらの面積および配設位置を互いに異ならせている。面積の小さい方の吐出ヒータＡ４の面積をＳｈＡ、大きい方の吐出ヒータＢ６の面積をＳｈＢとする。夫々の吐出ヒータＡおよびＢの一方の端部には、それぞれ選択電極８および９が接続されており、また、他方の端部には共通電極１０が共通に接続されている。電極８および９にはトランジスタ等のスイッチング素子（不図示）がそれぞれ接続され、これにより吐出ヒータＡおよびＢをそれぞれ選択的に駆動することができる。
【００２４】
ここで、吐出ヒータＡ４およびＢ６それぞれ個別に駆動することによる吐出量を夫々ＶｄＡおよびＶｄＢとするとき、ＶｄＡは１５ｎｇ、ＶｄＢは３０ｎｇである。また、吐出ヒータＡ４およびＢ６の面積ＳｈＡ，ＳｈＢは夫々９５０μｍ^２、２２１０μｍ^２である。そして、２つの吐出ヒータに関する吐出量比および面積比はそれぞれＶｄＢ／ＶｄＡ＝２．０、ＳｈＢ／ＳｈＡ＝２．３であり、ＶｄＢ／ＶｄＡ≦ＳｈＢ／ＳｈＡの関係を満たしている。この関係は、各吐出ヒータＡ４およびＢ６の面積を固定して考えるとき、小さい面積の吐出ヒータＡ４をオリフィス１Ａ側に近ずけたことによって生じるものである。すなわち、吐出ヒータＡ４での吐出パワーが増粘インク等に対して相対的に小さくなる結果、吐出不良を生じることを防ぐため吐出ヒータＡ４の面積中心からオリフィス１Ａまでの距離ＯＣＡを小さくする。
【００２５】
この関係を図２に示す。
【００２６】
図２において、点線上はＶｄＢ／ＶｄＡ＝ＳｈＢ／ＳｈＡの条件を満たすものであり、本発明のインク路は、この点線上およびその下側の領域すなわちＶｄＢ／ＶｄＡ≦ＳｈＢ／ＳｈＡの条件を満たす領域のものとして示される。例えば図２に示す実線は、あるＯＣＡ，ＯＣＢの関係のときのＳｈＢとＳｈＡの比を変えたときの吐出量比を示すものであり、このようなインク路の場合も、本発明の条件を満たす領域内であるため本発明の効果を得ることができる。
【００２７】
それぞれの吐出ヒータの表面は、前述したように、インクを発泡できる有効発泡領域５および７と、熱勾配においてインクを発泡する温度に達しない非発泡領域４および６とに分けられる。この場合において、吐出ヒータの面積中心がインク路もしくはオリフィスに対し同じ位置ならば、ＶｄＢ／ＶｄＡ＞ＳｈＢ／ＳｈＡが成り立つ条件とし、これにより、精度の高い吐出量制御を行うことができる。すなわち、それぞれの吐出ヒータの吐出量比が吐出ヒータの面積比よりも大きくなる側、つまり図２において吐出量比＝面積比の関係を示す破線より上側の領域の条件を満たすとき、精度の高い吐出量制御を行うことができる。しかしながら、図１に示す構造のヘッドは、前述したように、吐出ヒータＡ４の面積中心からオリフィス１Ａまでの距離ＯＣＡを短かくしたものであるため、その面積は小さいながら吐出量が大きくなり、精度の高い吐出量制御を行う条件として、ＶｄＢ／ＶｄＡ≦ＳｈＢ／ＳｈＡが成り立つ。
【００２８】
なお、上記距離ＯＣＡがある一定の値より小さい場合には、吐出量が逆に少なくなる場合があるが、本発明を適用したインク路では、距離ＯＣＡはこのような領域外、すなわち上記一定の値よりは大であるものとする。
【００２９】
本実施形態の場合、吐出量の比はＶｄＢ／ＶｄＡ＝２．０であるが、前述したように増粘インクに対する吐出信頼性はオリフィスと吐出ヒータとの距離に反比例するから、小さい面積の吐出ヒータＡ４に関して、ＯＣＢ／ＯＣＡ＝２．０とする関係で小面積ヒータＡ４の距離を短くすれば夫々の吐出ヒータの吐出信頼性は同等に確保される。
【００３０】
以上のことから明らかなように、ＶｄＢ／ＶｄＡ≦ＳｈＢ／ＳｈＡの設計条件においてＯＣＢ＞ＯＣＡとすることにより吐出信頼性が向上する。
【００３１】
なお、前述したように、ＯＣＢ＝ＯＣＡの場合はＶｄＢ／ＶｄＡ＞ＳｈＢ／ＳｈＡ（ただし、ＶｄＢ＞ＶｄＡ）となるため、ＯＣＢとＯＣＡとの比がわずかな場合はＶｄＢ／ＶｄＡ＞ＳｈＢ／ＳｈＡ（ただし、ＶｄＢ＞ＶｄＡ）の条件下でもＯＣＢ＞ＯＣＡが成り立つ場合がある。
【００３２】
次に、吐出ヒータにおける有効発泡領域について、図３（ａ）および（ｂ）を用いて簡単に説明する。
【００３３】
本実施形態で用いた吐出ヒータの構成は次のようなものである。厚さ約５００μｍ〜６００μｍのシリコン基板１０６上にＳｉＯ_２等の絶縁体の蓄熱層１０５を成膜し、その上に抵抗層１０１を成膜パターニングする。その上に、ＳｉＯ_２やＳｉＮ等の絶縁体を用いた保護層１０３と発泡／消泡の衝撃波を吸収するための耐キャビテーション層１０４を成膜する。抵抗層１０１には電極９および１０により電圧を印加して電流を流し、これにより、抵抗層１０１は発熱する。以上の構成により電気熱変換素子（吐出ヒータ）が形成されるが、上記でいう吐出ヒータの面積とは、図３（ａ）において、抵抗層１０１が電極９および１０によって覆われていない部分の面積である。
【００３４】
抵抗層で発生した熱は、吐出ヒータ１の中央部では膜の重なり方向へ逃げるが、端部では膜の拡がり方向にも逃げる。このため、吐出ヒータの表面のインクに接する面においては、吐出ヒータ中央部より端部の方が比較的温度が低い。このときの吐出ヒータの表面温度分布を、図３（ａ）のＡ−Ａライン上で見ると図４に示す温度分布ＴｅｍｐＡの様になる。
【００３５】
この図から、吐出ヒータ中央部では主に熱が膜の重なり方向に逃げるために均一な温度分布となり、端部に近づくにつれて膜の拡がり方向に逃げるため温度が低くなって行くことがわかる。ここで、ΔＴ１は吐出ヒータ上のインクが発泡する下限温度であり、また、ΔＴ２は吐出ヒータが高温になりすぎて熱ストレス等でダメージを受けて寿命が極端に短くなる温度である。従って、吐出ヒータの温度を寿命を損なわずに安定的にインク発泡温度に制御しようとすると、図４に示すように必ず吐出ヒータ端部にインクを発泡させる温度に到達しない非発泡領域が存在することになる。本実施形態の構成の場合、非発泡領域の幅ＷＡは３μｍ〜５μｍ程度であるが、これは膜の構成や材料、駆動条件によって異なり、条件に応じて１μｍ〜１０μｍ程度を考慮する必要がある。
【００３６】
本実施形態においては、２つの吐出ヒータはインク路中の長手方向、すなわち、インクの流れる方向に対し直交する方向に横並びに隣り合う部分を一部有している。この構成によれば、吐出ヒータを同時に駆動した場合隣り合う部分で膜の重なり方向への熱の逃げが隣接する吐出ヒータに作用して、その吐出ヒータの熱として利用され、これにより吐出ヒータの端部での温度分布の低下を防ぐことができ、結果的にこの部分の有効発泡領域が拡大し、吐出効率が向上する利点を有している。
【００３７】
次に、本実施形態のヘッドを用いた階調制御の説明を簡単に行う。
【００３８】
図５（ａ）に示すように、インク路壁１０９で挟まれたインク路１にはインクが満たされており、吐出ヒータＡ４およびＢ６を加熱発泡すると発泡圧力によりオリフィス３よりインクが吐出される。図５（ｂ）は小サイズ吐出ヒータＡ４が発熱し、小発泡１１３により小ドロップ１１が吐出された状態を示す。この時の吐出量を約３０ｎｇとする。次に、図５（ｃ）は大サイズ吐出ヒータＢ６が発熱し、大発泡１１２により大ドロップ１１が吐出された状態を示す。大サイズ吐出ヒータＢ６は、前述のように、小サイズ吐出ヒータＡ４の有効発泡面積の２倍で設計すれば、吐出量は有効発泡面積に比例するため、約６０ｎｇの吐出量になる。図５（ｄ）は両方の吐出ヒータを共に加熱発泡した状態を示す。この場合、吐出量は夫々の吐出ヒータでの吐出量の合計の９０ｎｇとなる。
【００３９】
このような吐出量で画像を形成した場合を、反射濃度で示したものが図６である。濃度はインクの吐出量に比例するため、本実施形態によれば、３段階の濃度を得ることになる。すなわち、大小２つの吐出ヒータにより４値で階調を実現できる。前述した吐出量の比率の重要性もこのことから明らかであり、このバランスが崩れると階調制御のリニアリティが損なわれることになる。
【００４０】
次に、以上説明したヘッドの構成を具体的に説明する。インク路まわりの構成を図７および図８で示す。両者は、それぞれエッジシュータタイプおよびサイドシュータタイプと呼ばれる構成であり、インク路１内のインクを吐出ヒータＡ４およびＢ６によって加熱発泡し、側方あるいは上方に開放されたオリフィス３からインクを吐出させるものである。基板２３はベースプレート４１に接着されており、インク路壁１０９は天板１０１に一体に形成されている。
【００４１】
図７に示すエッジシュータタイプのものは、図１にて上述したインク路構造のものをそのまま用いたものである。一方、図８に示されるサイドシュータタイプのヘッド構成の場合においては、構造上ヒータの位置関係がヒータから吐出口までの距離に影響する割合が小さくはなるものの、吐出口中心からヒータ中心の距離をＯＣＡまたはＯＣＢで表わすことで前述したような本発明の関係が成り立つ。
【００４２】
図９は、以上のように構成されるインクジェット記録ヘッドが搭載されるインクジェット記録装置の一例を示す概略斜視図である。
【００４３】
このインクジェット記録装置ＩＪＲＡは、駆動モータ２０１０の正，逆回転に連動して駆動力伝達ギア２０２０，２０３０を介して回転するリードスクリュウ２０４０を有する。インクジェット記録ヘッドとインクタンクとが一体化されたインクジェットカートリッジＩＪＣが載置されるキャリッジＨＣは、キャリッジ軸２０５０およびリードスクリュウ２０４０に支持され、リードスクリュウ２０４０の罫線溝２０４１に対して係合するピン（不図示）を有しており、リードスクリュウ２０４０の回転にともなって、矢印ａまたはｂ方向に移動するよう構成されている。２０６０は紙押え板であり、キャリッジ移動方向にわたって紙Ｐをプラテンローラ２０７０に対し押圧する。２０８０および２０９０はフォトカプラであり、これらは、キャリッジＨＣに設けられたレバー２１００のこの域での存在を確認してモータ２０１０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手段として動作する。２１１０は記録ヘッドの全面をキャップする部材であり、支持部材２１２０により支持されている。２１３０はこのキャップ内を吸引する吸引手段であり、キャップ内開口を介して記録ヘッドの吸引回復を行う。記録ヘッドの端面をクリーニングするクリーニングブレード２１４０は、前後方向に移動可能に部材２１５０に設けられており、これらは本体支持板２１６０に支持されている。なお、ブレード２１４０はこの形態に限定されず、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いうまでもない。また、２１７０は吸引回復の吸引を回復するためのレバーであり、キャリッジＨＣと係合するカム２１８０の移動に伴って移動するようになっており、これにより駆動モータ２０１０からの駆動力がクラッチ切り換え等の周知の伝達手段で移動制御される。
【００４４】
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ＨＣがホームポジション側領域に移動したときにリードスクリュウ２０４０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、本例には何れも適応できる。
【００４５】
（第１参考例）
図１０は本発明の第１の参考例に係るインク路内構成を示す模式的断面図である。
【００４６】
この構成の場合、ＶｄＡ＝１５ｎｇ、ＶｄＢ＝３０ｎｇであり、このときの電気熱変換素子の面積ＳｈＡ，ＳｈＢは夫々９５０μｍ^２、２２１０μｍ^２である。従って、本参考例の場合もＶｄＢ／ＶｄＡ≦ＳｈＢ／ＳｈＡの条件を満たす。すなわち、前述したように、小サイズ吐出ヒータＡ４の吐出パワーが相対的に小さいため、増粘等による吐出不良を未然に防止すべく吐出ヒータの長さＬＡ，ＬＢについてＬＡ＜ＬＢの関係を満たすようにし、また、吐出ヒータのオリフィス側の端面からオリフィスまでの距離を等しくするものの、小サイズ吐出ヒータＡ４の面積中心からオリフィスまでの距離ＯＣＡを大サイズヒータのその距離ＯＣＢよりも短かくし、ＯＣＡ＜ＯＣＢとしたものである。
【００４７】
（第２実施形態）
図１１は本発明の第２実施形態を説明する図である。本実施形態では、両方の吐出ヒータを駆動したときの吐出量ＶｄＡＢと小サイズヒータＡ４による吐出量ＶｄＡとの比を基準として各吐出ヒータの面積および配置を定める例を示したものである。
【００４８】
本実施形態における大小２つの吐出ヒータの相対的な配置自体は、図１に示す第１実施形態のものと同様である。図１１中の表に示すように、小サイズヒータＡ４の吐出量ＶｄＡが１５ｎｇであるのに対し、大，小両ヒータＢ６およびＡ４を駆動したときの吐出量は４５ｎｇであり、ＶｄＡ＋Ｂ／ＶｄＡを３．０と定めるとき、大小ヒータを合わせた面積ＳｈＡ＋Ｂは３１５０μｍ^２となり、その結果、面積比ＳｈＡ＋Ｂ／ＳｈＡは３．３となる。この関係により、大，小ヒータを個別に駆動した場合および両ヒータを同時に駆動した場合それぞれの吐出量を精度良く得ることができ線形的な階調性を維持できるとともに、特に、両ヒータ駆動による大吐出量モードでの高濃度記録を良好に行うことができる。
【００４９】
（第２参考例）
図１２は本発明の第２参考例に係るインク路構造を説明する図であり、上記第２実施形態と同様、両ヒータ駆動時の吐出量を基準として各ヒータの面積等を定める例を示すものである。また、図１２に示すインク路構造は、図１０に示す第１参考例に係るものと同様である。
【００５０】
本参考例では、小サイズヒータＡ４の吐出量ＶｄＡが１５ｎｇであるのに対し、大，小両ヒータＢ６およびＡ４を駆動したときの吐出量は４８ｎｇであり、ＶｄＡ＋Ｂ／ＶｄＡを３．２と定めるとき、大小ヒータを合わせた面積ＳｈＡ＋Ｂは３２５０μｍ^２となり、その結果、面積比ＳｈＡ＋Ｂ／ＳｈＡは３．４となる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、２つの電気熱変換素子に係る吐出量比と面積比が、Ｖｄ１／Ｖｄ２≦Ｓｈ１／Ｓｈ２の関係を満たすことによって、各電気熱変換素子による吐出量の比率（Ｖｄ１／Ｖｄ２）が１より大きい所定の比率で精度よく得られるとともに、その面積がより小さな電気熱変換素子の面積中心と吐出口との距離が相対的に短くされるとともに、面積がより小さな電気熱変換素子の吐出口側の端が、面積がより大きな電気熱変換素子の吐出口側の端より吐出口に近くなるよう配されるので、インク増粘等に対する相対的な吐出パワーの低下を防止することができる。また、面積がより小さな電気熱変換素子と面積がより大きな電気熱変換素子とがインク路のインクが流れる方向と直交する方向において互いに隣接する部分を有する様に配されているので、有効発砲領域が拡大し、吐出効率を向上させることができる。
【００５２】
この結果、各吐出量モードで所望の吐出量を得ることができ、線形性の良好な階調画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る記録ヘッドの吐出ヒータの面積，配置等を説明する図である。
【図２】１つのインク路に複数の吐出ヒータを設ける場合の各ヒータ毎の吐出量比と面積比との関係を示す線図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は吐出ヒータの構造を説明する図である。
【図４】吐出ヒータ上の有効発泡領域と非発泡領域を説明するための図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は上記第１実施形態の記録ヘッドの駆動態様を説明する図である。
【図６】上記記録ヘッドの各駆動による吐出量とその吐出により実現される反射濃度との関係を示す図である。
【図７】図１に示す第１実施形態のインク路構造を有する記録ヘッドを一部破断して示す斜視図である。
【図８】本発明の参考例を適用した記録ヘッドの他の構造例を示す斜視図である。
【図９】図７に示す記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置の一例を示す概略斜視図である。
【図１０】本発明の第１の参考例に係る記録ヘッドの吐出ヒータの面積，配置等を説明する図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る記録ヘッドの吐出ヒータの面積，配置等を説明する図である。
【図１２】本発明の第２の参考例に係る記録ヘッドの吐出ヒータの面積，配置等を説明する図である。
【符号の説明】
１インク路
１Ａオリフィス（吐出口）
２液室
３メニスカス
４，６非発泡領域
５，７有効発泡領域
８，９選択電極
１０共通電極
Ａ４，Ｂ６吐出ヒータ（電気熱変換素子）

Claims

インクを吐出するための吐出口を有するインク路と、一つのインク路に対応して複数設けられた電気熱変換素子とを有し、前記吐出口が、前記インク路のインクが流れる方向において前記電気熱変換素子の前方に配されているインクジェット記録ヘッドであって、
前記複数の電気熱変換素子の内の２つの電気熱変換素子の面積をＳｈ１，Ｓｈ２（Ｓｈ１＞Ｓｈ２）とし、該２つの電気熱変換素子それぞれによるインクの吐出量をそれぞれＶｄ１，Ｖｄ２（Ｖｄ１＞Ｖｄ２）としたとき、Ｖｄ１／Ｖｄ２≦Ｓｈ１／Ｓｈ２の関係を満たし、かつ、前記２つの電気熱変換素子それぞれの面積中心と吐出口との距離をＯＣ１，ＯＣ２としたとき、ＯＣ１＞ＯＣ２の関係を満たし、前記２つの電気熱変換素子は、面積がＳｈ２である電気熱変換素子の前記吐出口側の端が、面積がＳｈ１である電気熱変換素子の前記吐出口側の端より前記吐出口に近く、前記インク路のインクが流れる方向と直交する方向において互いに隣接する部分を有する様に配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。
前記１つのインク路に対応して設けられる電気熱変換素子は２つであ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。
インクを吐出するための吐出口を有するインク路と、一つのインク路に対応して複数設けられた電気熱変換素子とを有し、前記吐出口が前記インク路のインクが流れる方向において前記電気熱変換素子の前方に配されているインクジェット記録ヘッドを用い、被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記録装置において、
前記複数の電気熱変換素子の内の２つの電気熱変換素子の面積をＳｈ１，Ｓｈ２（Ｓｈ１＞Ｓｈ２）とし、該２つの電気熱変換素子それぞれによるインクの吐出量をそれぞれＶｄ１，Ｖｄ２（Ｖｄ１＞Ｖｄ２）としたとき、Ｖｄ１／Ｖｄ２≦Ｓｈ１／Ｓｈ２の関係を満たし、かつ、前記２つの電気熱変換素子それぞれの面積中心と吐出口との距離をＯＣ１，ＯＣ２としたとき、ＯＣ１＞ＯＣ２の関係を満たし、前記２つの電気熱変換素子は、面積がＳｈ２である電気熱変換素子の前記吐出口側の端が、面積がＳｈ１である電気熱変換素子の前記吐出口側の端より前記吐出口に近く、前記インク路のインクが流れる方向と直交する方向において互いに隣接する部分を有する様に配されていることを特徴とするインクジェット記録装置。
前記１つのインク路に対応して設けられる電気熱変換素子は２つであることを特徴とする請求項３に記載のインクジェット記録装置。