JP3631001B2 - インクジェットヘッドおよびインクジェットプリント装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント媒体に向ってインク滴を吐出させることによりプリントを行うインクジェットヘッドおよびインクジェットプリント装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットヘッドとして、ヒータからの熱エネルギーによりインクを瞬時に発泡させ、その気泡の成長によりインクを吐出してプリントを行うものがある。このようなヘッドは、特に高速記録、高密度記録に優れている。このようなヘッドにおいては、ヒータ上で発生したインクの気泡が外気と連通する方式のものが知られている（特開平４−１０９４０号、特開平４−１０９４１号、特開平４−１０９４２号等）。この方式のヘッドの第１の特徴は、インクの吐出速度が高く吐出信頼性が高いことである。第２の特徴は、ヒータと吐出口との間のインクがほぼ全て吐出されて、全吐出口からの吐出インクの体積がほぼ一様となるため、濃度ムラが少ないことである。
【０００３】
記録技術の進歩に伴い、より小さなインク滴を被記録媒体に高密度に記録することが求められてきている。しかし、インク滴を小さくしようとすればする程、インクの流路が細くなり、吐出効率の低下すなわち吐出速度が低下する傾向がある。このため、インクの吐出方向の不安定化、ヘッド休止時のインク中の水分蒸発によるインクの増粘による吐出不安定化等、信頼性の問題が生じやすい。この点、前述した方式のヘッド、つまり気泡が大気と連通する方式のヘッドは、前述したような理由から、このような問題を起こしづらく、今後の高品位記録の要請に応え得るものである。
【０００４】
しかしながら、このような方式のヘッドには、次のような問題があった。すなわち、気泡が成長している時点でその気泡が外気と連通するため、外気と連通した時点の気泡がそのまま大きなメニスカスになり、インクのリフィル時間が長くなってしまうことである。そのリフィル終了を待たずに次の発泡が起きると、場合によってはインクが正常の液滴とならずミスト状態となり、かつインクが様々な方向に飛翔し、インクが被記録材上で汚れとなるいわゆるミスト現象を引き起こす。
【０００５】
一方、従来より、パソコン等の出力手段として様々な記録方式のプリンターが用いられており、近年のパソコンの処理速度の高性能化、インターネットの普及などに伴い、カラー画像記録の高速化の要求がますます増大してきている。そこで、レーザビームプリンタ並みの高速印字が可能で、カラー化にも容易に対応でき、低コストであるインクジェットプリンターが広く使用されるようになっている。
【０００６】
このインクジェットプリンターの代表的な記録方式の一つであるバブルジェット記録方式は、前述したように、熱エネルギー発生手段によりインクを加熱して気化させ、発生した気泡の圧力によりインク液滴を吐出口から吐出させる方式である。インク液滴吐出後、気泡内のインクの蒸発が凝縮し液体に戻るため、ついには気泡は消滅する。インク液滴吐出によりインク流路内のインクが減少するが、インク供給路からインクが補充される。
【０００７】
図１５は、背景技術に係るバブルジェット記録方式のヘッドの構成を示す説明図である。インク供給路２１から多数のインク流路２２が分岐しており、インク供給路２１とインク流路２２とは連通している。各インク流路２２の先端には、インク液滴の吐出口２３が設けられており、この吐出口２３と対向するように熱エネルギー発生手段である発熱体２４（図１７参照）がそれぞれ配設されている。また、各インク流路２２の長さ（インク供給路２１との分岐位置２５から、吐出口２３までの距離）は均一ではなく僅かに違えることにより、吐出口位置をずらして高密度記録が可能になっている。なお、吐出口２３中心と発熱体２４中心とは対向位置にあるため、インク供給路２１との分岐位置２５から吐出口２３までの距離と、インク供給路２１との分岐位置２５から発熱体２４までの距離（Ｃ−Ｈ間距離）とは一致している。
【０００８】
この例では合計２５６本のインク流路２２が設けられているが、図１５には、そのうちの３２本のみ示している。これらのインク流路２２は、図面左方に位置する偶数番流路と右方の奇数番流路との２組に分けられ、さらに、それぞれの組において、インク流路は８本ずつの１６グループに分けられている。同一グループの８本のインク流路２２の発熱体２４は同時に駆動され、各グループ毎の計１６回の発熱体駆動を１サイクルとするように時分割駆動が行われる。なお、インク流路２２の長さ（分岐位置２５から吐出口２３までの距離）は５種類に分けられる。
【０００９】
この例を具体的に説明すると、偶数番流路（以下、「偶数流路」ともいう）に関しては、Ｓｅｇ０，３２，６４，９６，１２８…２２４の８本が第１グループ、Ｓｅｇ１０，４２，７４…２３４が第２グループ、Ｓｅｇ２０，５２…２４４が第３グループ、Ｓｅｇ３０，６２…２５４が第４グループ、Ｓｅｇ８，４０…２３２が第５グループ、Ｓｅｇ１８，５０…２４２が第６グループ、Ｓｅｇ２８，６０…２５２が第７グループ、Ｓｅｇ６，３８…２３０が第８グループ、Ｓｅｇ１６，４８…２４０が第９グループ、Ｓｅｇ２６，５８…２５０が第１０グループ、Ｓｅｇ４，３６…２２８が第１１グループ、Ｓｅｇ１４，４６…２３８が第１２グループ、Ｓｅｇ２４，５６…２４８が第１３グループ、Ｓｅｇ２，３４…２２６が第１４グループ、Ｓｅｇ１２，４４…２３６が第１５グループ、Ｓｅｇ２２，５４…２４６が第１６グループというように、１６本おきにインク流路がグループ分けされている。
【００１０】
奇数番流路（以下、「奇数流路」ともいう）に関しても、偶数流路と同様に、Ｓｅｇ１，３３，６５，９７，１２９…２２５が第１グループ、Ｓｅｇ１１，４３，７５…２３５が第２グループ、Ｓｅｇ２１，５３…２４５が第３グループ、…、Ｓｅｇ２３，５５…２４７が第１６グループというように、１６本おきにインク流路がグループ分けされている。したがって、各グループは偶数流路８本と奇数流路８本の合計１６本で構成されている。
【００１１】
記録時には、第１グループから第１６グループまで順番にグループごとに駆動される。あるグループを駆動してから次のグループを駆動するまでの間隔は５．９μｓである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
前記した図１５の例の場合、偶数流路では、Ｃ−Ｈ間距離の短いインク流路から順にインク液滴を吐出するように駆動され、また、奇数流路では、Ｃ−Ｈ間距離の長いインク流路から順にインク液滴を吐出するように駆動される。後からインク液滴を吐出するインク流路は、先にインク液滴を吐出したインク流路の影響を受ける。すなわち、たとえば第１６グループのＳｅ２２，５４…２４６およびＳｅｇ２３，５５…２４７は、それ以前に駆動された全グループのインク流路の振動の影響を受ける。特に、Ｃ−Ｈ間距離の短いインク流路では、他のグループにおけるインク吐出による振動の影響が、吐出口部分のメニスカス部にまで及び易い。
【００１３】
図１６は、図１５の偶数流路の第１６グループのインク流路（Ｃ−Ｈ間距離の短いインク流路）に関し、第１グループに駆動パルスが印加されてからの経過時間を横軸に、吐出口部分のメニスカスの位置を縦軸にとったグラフである。なお、メニスカスの位置は、吐出口端面を０とし、プラスの数値はメニスカスが吐出口の外側に盛り上がるように突出している量を示し、マイナスの数値はメニスカスが吐出口の内側に後退している量を示す。第１６グループのインク流路の発熱体（ヒーター）が駆動されるまで、他のグループの発熱体の駆動が１５回行われる間に、第１６グループのメニスカスは膨張を続け吐出口端面からの突出量が増大する。
【００１４】
本発明者が検討を重ね経験則的に得た結果によれば、メニスカスの突出が吐出口から＋３μｍ以上になると、図１７の示すように、発熱体駆動時に記録用のインク液滴９が球状になって吐出し、それと分離された小滴１０が追随して吐出する、いわゆる玉割れ吐出現象が生じる。この場合、他の吐出口に比べて、吐出されるインク量が多く液滴が大きくなる。例えば、全吐出口からインクを吐出していわゆる黒ベタ印字を行うような場合、記録面に、部分的に濃度の濃い黒スジが周期的に表れてしまい、印字品質が悪くなる。なお、図１７において、符号２９ａは、インク吐出後のメニスカスを示している。
【００１５】
図１５の奇数流路の場合は、Ｃ−Ｈ間距離の長いインク流路から順にインク液滴を吐出するように駆動され、また、Ｃ−Ｈ間距離の最も短いインク流路は第１グループにある。通常の印字動作においては、時分割駆動サイクル（１６回の発熱体駆動＝１サイクル）が繰り返されるので、第２グループから第１６グループまでのインク液滴吐出、さらに次サイクルにおける第１グループのインク液滴吐出までの間のインク流路の振動の影響により、第１グループのメニスカス部のインクの位置は、図１６に示す状態と実質的に同様になる。従って、時分割駆動サイクルが繰り返し行われるのであれば、どのグループに属していても、Ｃ−Ｈ間距離の短いインク流路は、前記玉割れ吐出現象が生じるおそれがある。
【００１６】
本発明の第１の目的は、吐出信頼性を保ちつつ、高速プリントを可能とすることである。また、本発明の他の目的は、ミスト現象のない高品位記録を可能とすることである。
【００１７】
さらに、本発明の他の目的は、玉割れ吐出現象を防止し、印字品質のよいインクジェットヘッドおよびインクジェットプリント装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明のインクジェットヘッドは、インク流路内のインクに、電気熱変換体から熱エネルギーを付与して気泡を発生させることにより、前記電気熱変換体と対向する吐出口からインクを吐出可能なインクジェットヘッドにおいて、前記インク流路は前記吐出口にインクを供給するものであり、前記インク流路の天井部に外部に開放される補助穴を、前記インク流路１つに対して複数に分けて設け、該複数の補助穴の合計の開口面積を、前記吐出口の開口面積の３倍以上とし、前記補助穴と前記吐出口との間の最短距離は前記インク流路の高さの３倍以上としたことを特徴とする。
【００２１】
本発明のインクジェットプリント装置は、上記のインクジェットヘッドと、該ヘッドを載置するための手段とを有することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
（第１の実施形態）
図１，図２，図３は、本発明の第１の実施形態を説明するための図であり、図１は、インクジェットヘッド１の平面図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う拡大断面図、図３は、図２のＩＩＩ 矢視図である。
【００２４】
ヘッド１は、発熱抵抗体（電気熱変換体）１１の発熱によりインク１７を加熱して気泡を発生させ、その成長により吐出口１２からインク滴１７′を吐出して記録を行うものである。１０はＳｉ製の基板であり、その基板１１上に、電気熱変換体としての発熱抵抗体（「ヒータ」ともいう）１１が設けられている。発熱抵抗体１１の表面は、吐出口１２と略平行に対向している。１８は、基板１０に開けられたインク供給口であり、その両側に６４ずつの吐出口１２が配列されている。左の列と右の列の吐出口１２のそれぞれは、８４．６μｍのピッチで図１中の上下方向に配置され、また左右の吐出口１２は４２．３μｍずれて斜めに対向するいわゆる千鳥配置となっている。
【００２５】
インク１７は、不図示のタンクからインク供給口１８を通して導入され、図２中の矢印９の方向から発熱抵抗体１１の部分に供給される。１４は、供給口１８から各々の発熱抵抗体１１へインクを供給するための液流路（インク流路）であり、隔壁１６によって分離されている。隔壁１６と端１６′と供給口１８のエッジ１８′との距離Ｌ１は１０μｍである。また、発熱抵抗体１１の中心からエッジ１８′までの距離Ｌ２は１１１μｍである。液流路１４の高さＨ１は１２μｍである。図中１３は、本発明の特徴としての補助穴であり、液流路１４上の天板１５に設けられている。天板１５の厚みＷ１は８μｍである。
【００２６】
吐出口１２および補助穴１３のサイズは、それぞれ２２μｍ×２２μｍ、３０μｍ×５４μｍであり、両者とも四隅にＲ４μｍのラウンジ部が形成されている。吐出口１２と補助穴１３の中心間距離Ｌ３は６５μｍであり、最短距離Ｌ４は４０μｍである。
【００２７】
本例の場合は、発熱抵抗体１１から吐出口１２の上面までの距離（Ｈ１＋Ｗ１）が２０μｍと短いため、この間のインク１７がほぼそのインク滴１７′として吐出され、発生した気泡が消滅する前に、その気泡が大気に連通されることになる。図２は、その様子を示したものである。気泡の発生、成長により、インク１７は、吐出口１２から吐出すると共に、補助穴１３の外側に盛り上がるように、若干盛り出ることになる。この盛り出し量の最大は、オリフィスプレートを成す天板１５の上面から高さ６μｍ、体積は３８００μｍ^３ であった。なお、吐出する液滴１７′の体積は９０００μｍ^３ であった。
【００２８】
このようなインク１７の盛り出しにより、この盛り出し部分の圧力が上昇し、次の時点におけるインク１７の再充填を助けることになる。本例では、発熱抵抗体１１への電気パルスの印加開始から、インク滴１７′の吐出を経てインク１７が再充填されるまでの時間（「リフィル時間」ともいう）は５２μｓｅｃであった。比較例として、補助穴１３がない場合は、その時間に７６μｓｅｃを要した。
【００２９】
もし、補助穴１３の位置が本例よりも吐出口１２に近い場合には、補助穴１３からインク滴が吐出してしまい、もしくは、そのインク滴が吐出しないまでも吐出口１２の周辺がインクで濡れてしまい、ひいてはそのインクが吐出口１２を塞いで連続使用に耐えられなくなる。逆に、補助穴１３の位置が本例よりも吐出口１２から遠い場合には、補助穴１３と吐出口１２との間の流路抵抗が高くなって、インク１７の再充填時間の短縮効果が小さくなる。
【００３０】
次に、補助穴１３のサイズについて述べる。補助穴１３のサイズが小さ過ぎると圧力上昇は十分になるが、その盛り出したインク１７を貯える能力（容量）が減ってしまう。逆に、補助穴１３のサイズが大き過ぎると盛り出したインク１７の曲率半径が大きくなり、圧力上昇が足りずに、再充填時間の短縮効果が小さくなる。
【００３１】
以上の観点から、本発明では、補助穴を液流路内に設け、補助穴１３の開口面積を吐出口１２の開口面積の３倍以上とし、かつ、それらの間の最短距離Ｌ４を液流路１４の高さＨ１の３倍以上とした。このように補助穴１３の大きさと位置を特定したことの有効性は、次のような実験により確認できた。
【００３２】
図７は、本実施形態において、まず、補助穴１３の位置を変更して、Ａ４サイズの記録紙１頁の印字の間に、吐出口１２周辺のインクの濡れによって印字不可能になる割合を示したものである。ここで、縦軸は、１０回のテスト中に印字不可能になった回数を示す。以上の実験は複数回行われたが、吐出口１２と補助穴１３との最短距離Ｌ４が流路１４高さＨ１の３倍を下回ると、急に、吐出口１２周辺のインクの濡れによる印字不能の割合が増した。尚、図７は複数回の実験の中の代表的な一例を示しているが、このときには最短距離が流路高さの３倍より少し小さい値でも回数：０回の結果が出た。図８は、補助穴１３のサイズを変えた時のリフィル時間である。補助穴１３のサイズ（開口面積）が吐出口１２のサイズ（開口面積）の３倍を越える（以上となる）と、リフィル時間が安定的に短くなった。
【００３３】
なお、補助穴は、大きさの上限として、補助穴を下に向けても、メニスカスが保持されて補助穴からインクがこぼれ落ちない大きさ以下であることが好ましい。
【００３４】
（第２の実施形態）
本例の場合は、補助穴１３からインク１７が盛り出した時の圧力上昇を十分に高くし、その盛り出したインクを貯える容量を確保するために、比較的小さな補助穴１３を複数設けた。
【００３５】
図４は、本例におけるヘッドの主要部の平面図である。４つの補助穴１３−１，１３−２，１３−３，１３−４を設けた以外は、前述した第１の実施形態と同じである。各補助穴１３−１〜１３−４のサイズは２０μｍ×２０μｍであり、それぞれの四隅にはＲ４μｍのラウンジ部が形成されている。本例のヘッドによる効果は第１の実施形態の場合よりも顕著となった。構成上、本例が前述した第１の実施形態と違う点は、第１の実施形態のものより小さな開口面積の補助穴１３（１３−１〜１３−４）を複数設けている点である。本例の補助穴１３の全体としての開口面積、つまり補助穴１３−１〜１３−４の合計の開口面積は、第１の実施形態よりも多少大きく、また補助穴１３−３，１３−４は吐出口１２からより離れている。しかし、補助穴１３の大きさと位置は、前述した第１の実施形態と同様に特定されている。
【００３６】
本例では、１つ１つの補助穴１３−１〜１３−４の開口面積が小さいために、気泡が成長する際、これら補助穴１３−１〜１３−４からのインク１７の盛り出しによる圧力上昇が第１の実施形態の場合よりも高くなり、リフィル時間がより短縮されて４５μｓｅｃとなった。
【００３７】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態におけるヘッドの主要部の平面図である。本例では、補助穴１３が供給口１２から見てヒータ１１の奥方（図５中の右方）に設けられている。このタイプのヘッドでは、リフィル時間の短縮をより大幅に図ることができた。そのリフィル時間は、インク滴１７′の１発目で３０μｓｅｃであったが、２発目は４２μｓｅｃ、３発目は５５μｓｅｃ、４発目で６５μｓｅｃ、５発目は７１μｓｅｃであった。つまり、１発目での効果は良いが、それ以降は効果は落ちた。しかしながら、図５中の２点鎖線のように供給口１８とヒータ１１との間にも補助穴１３−１，１３−２を追加することにより、この欠点が解消して、リフィル時間が安定して４８μｓｅｃとなった。
【００３８】
いずれにしても、本例におけるヒータ１１の奥方の補助穴１３の大きさと位置は、前述した第１の実施形態と同様に特定されている。このようにヒータ１１の奥方の補助穴１３の大きさと位置を特定したことの有効性は、第１の実施形態と同様、吐出口まわりの濡れによる不吐出の割合の測定（図７）と、リフィル時間の測定（図８）によって確認できた。
【００３９】
（第４の実施形態）
１つのヘッド内の複数の発熱抵抗体１１が備わり、これらが異なるタイミング（時分割）で駆動される場合、ヒータ１１から供給口１２までの間の距離を異ならせることがある。つまり、ヘッドを走査しつつプリントをするいわゆるシリアルスキャン方式において、列状に配設された吐出口１２を複数のブロックに分け、それらのブロック毎のヒータ１１を時分割駆動する場合、それらのブロック毎の吐出口１２の位置を走査方向にずらす必要がある。仮に、そのようなずれがない場合には、走査方向と直交する方向の縦線を直線状にプリントすることができなくなる。このようないわゆる縦線の直線性の要求から、結果的に、ヒータ１１から供給口１２までの間の距離がブロック毎に異なることになる。一般に、供給口１２とヒータ１１との間の距離が長いとリフィル時間が長くなる。そこで、供給口１２からヒータ１１までの間の距離に比例した個数の補助穴１３を設けることが有効となる。
【００４０】
（第５の実施形態）
図６は、本発明の第５の実施形態としてのインクジェットプリント装置の概略を示す斜視図である。
【００４１】
インクジェットプリント装置１００において、キャリッジ１０１は、互いに平行に延在する２本のガイド軸１０４および１０５と摺動可能に係合する。これにより、キャリッジ１０１は、駆動用モータおよびその駆動力を伝達するベルト等の駆動力伝達機構（いずれも不図示）により、ガイド軸１０４および１０５に沿って往復動される。キャリッジ１０１には、インクジェットユニット１０３が搭載される。そのユニット１０３は、前述した実施形態におけるインクジェットヘッド１と、このヘッド１で用いられるインクを収納するインク容器としてのインクタンクとを有する。
【００４２】
本例の場合、インクジェットユニット１０３は、ブラック（Ｂｋ），シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ）およびイエロー（Ｙ）の４色の各インクのそれぞれを吐出する４個のヘッド、およびこれらのそれぞれに対応して設けられるタンクからなる。さらに、各ヘッドとタンクとは相互に着脱可能とされ、タンク内のインクが無くなった場合等、必要に応じて個々のインク色毎にタンクのみを交換できるようになっている。また、ヘッドのみを必要に応じて交換できることは勿論である。なお、ヘッドおよびタンクの着脱の構成は、上記の例に限られず、ヘッドとタンクが一体に形成された構成としてもよい。
【００４３】
プリント媒体としての用紙１０６は、装置の前端部に設けられる挿入口１１１から挿入され、最終的にその搬送方向が反転され、送りローラ１０９によって上記キャリッジ１０１の移動領域の下部に搬送される。キャリッジ１０１に搭載されたヘッドは、その移動に伴って、プラテン１０８によって支持された用紙１０６上のプリント領域にプリントする。
【００４４】
以上のようにして、キャリッジ１０１の移動に伴う、ヘッドの吐出口配列の幅に対応した幅のプリントと、用紙１０６の送りとを交互に繰り返しながら、用紙１０６全体にプリントがなされ、その後、用紙１０６は装置前方に排出される。
【００４５】
キャリッジ１０１の移動可能な領域の左端には、キャリッジ１０１上の各ヘッドとそれらの下部において対向可能な回復系ユニット１１０が設けられている。この回復系ユニット１１０により、非記録時等に、各ヘッドの吐出口をキャップする動作や各ヘッドの吐出口からインクを吸引する等の動作を行うことができる。また、この左端部の所定位置は、ヘッドのホームポジションとして設定される。
【００４６】
一方、装置の右端部には、スイッチや表示素子を備えた操作部１０７が設けられる。ここにおけるスイッチは、装置電源のオン／オフや各種プリントモードの設定時等に使用され、表示素子は装置の各種状態を表示する役割をする。
【００４７】
（第６の実施形態）
図９は本発明のインクジェットヘッド（以下、「インクジェット記録ヘッド」ともいう）の第６の実施形態の要部を模式的に示した説明図である。基本的な構成は、前記した図１５の例と同様であり、インク流路２１から２５６本のインク流路２２が分岐している。各インク流路２２の先端には吐出口２３が設けられ、この吐出口２３と対向するように、熱エネルギー発生手段である発熱体（電気熱変換体）２４（図１２，１３参照）が配設されている。インク流路２２の長さは均一ではなく僅かに違えることにより、吐出口２３の位置をずらして高密度記録が可能になっている。
【００４８】
２５６本のインク流路２２は、図１左方に位置する偶数番流路（以下、「偶数流路」ともいう）と右方の奇数番流路（以下、「奇数流路」ともいう）との２組に分けられ、さらに、それぞれの組において、インク流路は８本ずつの１６グループに分けられている。図１５の従来例と同様に、各グループは、偶数流路８本と奇数流路８本の合計１６本で構成されている。そして、記録時には、同一グループの１６本のインク流路２２の発熱体２４が同時に駆動され、かつ第１グループから第１６グループまで順番に発熱体駆動されて、１６回の発熱体駆動で１サイクルとなるように、時分割駆動が行われる。流路数が２５６本と多いため、瞬間に流れる電流値を抑制するように、このような時分割駆動を行っている。あるグループを駆動してから次のグループを駆動するまでの間隔は５．９μｓである。
【００４９】
なお、図９には、便宜上、２５６本のインク流路２２の内の３２本のみがＳｅｇ０〜Ｓｅｇ３１として示され、それらは実際の寸法通りに表されてはいない。インク供給路２１との分岐位置２５から、発熱体（ヒーター）２４の中心までの距離（Ｃ−Ｈ間距離）は、各インク流路２２ごとに異なっている。図面左側の偶数流路に関しては、Ｓｅｇ０の発熱体２４の中心の位置を０とすると、Ｓｅｇ２の発熱体２４の中心は図面右方に０．０１６５ｍｍずれた位置にある。以下、同様に、Ｓｅｇ４…Ｓｅｇ３０の偶数流路の発熱体２４の中心位置は、０．０１２５ｍｍ、０．００９０ｍｍ、０．００５０ｍｍ、０．００１５ｍｍ、０．０１７５ｍｍ、０．０１４０ｍｍ、０．０１００ｍｍ、０．００６５ｍｍ、０．００２５ｍｍ、０．０１９０ｍｍ、０．０１５０ｍｍ、０．０１１５ｍｍ、０．００７５ｍｍ、０．００４０ｍｍずれた位置にある。
【００５０】
一方、右側の奇数流路に関しては、Ｓｅｇ１の発熱体２４の中心はＳｅｇ０の発熱体２４の中心から図面右方へ０．２９６０ｍｍ離れた位置にある。このＳｅｇ１の発熱体２４の中心の位置を０とすると、Ｓｅｇ３，Ｓｅｇ５…Ｓｅｇ３１の奇数流路の発熱体２４の中心位置は、図中の右方に、０．０１６５ｍｍ、０．０１２５ｍｍ、０．００９０ｍｍ、０．００５０ｍｍ、０．００１５ｍｍ、０．０１７５ｍｍ、０．０１４０ｍｍ、０．０１００ｍｍ、０．００６５ｍｍ、０．００２５ｍｍ、０．０１９０ｍｍ、０．０１５０ｍｍ、０．０１１５ｍｍ、０．００７５ｍｍ、０．００４０ｍｍずれて、偶数流路と同様な位置関係になっている。
【００５１】
このように各インク流路２２は、Ｃ−Ｈ間距離により概ね５種類に分けられる。すなわち、偶数流路のＳｅｇ２，Ｓｅｇ１２，Ｓｅｇ２２と奇数流路のＳｅｇ１，Ｓｅｇ１１，Ｓｅｇ２１，Ｓｅｇ３１がＣ−Ｈ間距離の最も短い流路群である。次いで、Ｓｅｇ４，Ｓｅｇ１４，Ｓｅｇ２４，Ｓｅｇ９，Ｓｅｇ１９，Ｓｅｇ２９が次に短い流路群である。さらに、Ｃ−Ｈ間距離の短い順に、Ｓｅｇ６，Ｓｅｇ１６，Ｓｅｇ２６，Ｓｅｇ７，Ｓｅｇ１７，Ｓｅｇ２７の流路群、Ｓｅｇ８、Ｓｅｇ１８，Ｓｅｇ２８，Ｓｅｇ５，Ｓｅｇ１５，Ｓｅｇ２５の流路群と続き、Ｓｅｇ０，Ｓｅｇ１０、Ｓｅｇ２０，Ｓｅｇ３０，Ｓｅｇ３，Ｓｅｇ１３，Ｓｅｇ２３がＣ−Ｈ間距離の最も長い流路群である。なお、吐出口２３の中心と発熱体２４の中心とは対向位置にあるため、インク供給路２１との分岐位置２５から吐出口２３までの距離と、Ｃ−Ｈ間距離とは一致している。
【００５２】
本実施形態では、Ｃ−Ｈ間距離が最も短い流路群の各インク流路の吐出口２３および発熱体２４と、分岐位置２５との間に、図９，図１０に示すように、補助穴（以下、「圧力緩衝用のダミー孔部」という）２６が設けられている。
【００５３】
Ｓｅｇ０〜Ｓｅｇ３１を駆動する駆動信号が入力されると、前記第１グループから第１６グループの順番に、それらの発熱体２４に駆動パルスが印加される。
【００５４】
例えば、偶数の第１６グループのインク流路（Ｓｅｇ２２）は、先にインク液滴吐出が行われる他の全てのインク流路（Ｓｅｇ０〜Ｓｅｇ２１およびＳｅｇ２４〜Ｓｅｇ３１）からの流体力学上の影響を、インク液滴吐出の直前まで受けている。
【００５５】
すなわち、バブルジェット方式のインクジェット記録ヘッドの場合、発熱体２４の加熱によりインク中に気泡が発生し、その圧力によりインク液滴が吐出口２３から吐出し、その後、液体に戻り消滅する。それから、インク供給路２１からインク流路２２にインクが補充される。このようにインク流路２２内では、気泡の発生−インク液滴吐出−気泡の消滅−インクの補充という過程で、内部に圧力変動および振動が生じる。全インク流路２２は、インク供給路２１によってつながっているため、他のインク流路におけるインク液滴吐出の影響が伝わってくる。図９に示す例では、第１６グループのインク流路（Ｓｅｇ２２）は、それまでの１５回の他のインク流路のインク液滴吐出の影響を受けて、内部のインクの圧力変動および振動発生が起こっている。そのため、従来は、Ｓｅｇ２２などＣ−Ｈ間距離が他より短いインク流路の先端のメニスカスは、図１６に示すように、他のインク流路のインク液滴吐出時のインクの圧力変動や振動の影響を受けて、振動しながら徐々に外部に膨らんで盛り上がる。そのため、この状態でインク液滴の吐出が行われると、図１７に示すような玉割れ吐出現象が生じていた。
【００５６】
しかし本実施形態では、インク流路Ｓｅｇ２２の分岐位置２５と発熱体２４との間にダミー孔部２６が設けられている。従って、インクがダミー孔部２６から外部へ膨張して突出することにより、他のインク流路のインク液滴の吐出による圧力変動や振動は緩衝され、結果的に、メニスカスは吐出口から外部にあまり突出しない。従来は、他のインク流路におけるインク液滴の吐出に応じて、吐出口２３においてメニスカスが盛り上がったり縮んだりしていた（図１６参照）。しかし、本実施形態では、図１３に示すように、ダミー孔部２６において同様にインクが盛り上がったり縮んだりする。この結果、吐出口２３のメニスカス部には、圧力変動や振動がダイレクトに伝わらずかなり緩衝され、メニスカスの変位が小さくなる（図１１参照）。したがってインク液滴吐出時には、図１２に示すように、玉割れ吐出現象は生ぜず、尾を引いた１個のインク液滴２７が正常に吐出される。吐出されるインク液滴２７が他の吐出口からの液滴と同等の大きさになるので、黒ベタ印字を行っても、部分的に濃度の濃い黒スジは発生しない。
【００５７】
インク液滴吐出が行われたインク流路は、インク供給路からインクが補充されて、流路内の振動は一旦収まり、メニスカスは０の位置に復帰する。そして、第１〜１６グループの駆動が繰り返されると、インク流路Ｓｅｇ２２のメニスカスに関しては、図１１に示すグラフの０〜９０μｓ間の波形が繰り返される。なお、ダミー孔部２６は発熱体２４から十分距離をおいて設けられている。したがって、吐出口２３からインク液滴が吐出される場合にも、ダミー孔部２６におけるインクは、表面張力により保持され、凹凸するのみで外部に漏出することはない。
【００５８】
また、このような構成では、奇数流路に関しては、１サイクル中の前半にインクを吐出する第１〜４グループのインク流路Ｓｅｇ１，Ｓｅｇ１１，Ｓｅｇ２１，Ｓｅｇ３１に、ダミー孔部２６が設けられている。前記したような第１〜１６グループの駆動サイクルが繰り返し行われる場合、奇数流路は、偶数流路の場合とタイミングが少しずれるだけであり、偶数流路の場合と同様にダミー孔部２６によりインクの圧力変動や振動が緩衝される。したがって、奇数流路からも、図１２のような正常な吐出が行われて、吐出される液滴は、周囲の他の吐出口から吐出される液滴に比べて大きくならない。
【００５９】
（第７の実施形態）
上記第６の実施形態は、Ｃ−Ｈ間距離が最も短い流路群にダミー孔部２６が形成されているが、どの流路にダミー孔部を形成するかは任意に設定できる。例えば、図示しないが第７の実施形態として、Ｃ−Ｈ間距離の最も長い流路群（Ｓｅｇ０，Ｓｅｇ３，Ｓｅｇ１０，Ｓｅｇ１３，Ｓｅｇ２０，Ｓｅｇ２３）に、第６の実施形態と同様なダミー孔部２６（図１０参照）を設けることもできる。
【００６０】
以上説明してきたように、第６，第７の実施形態では、インク流路２２にダミー孔部２６を設けることにより、球割れ現象を回避することができる。ただし、あまり多くのインク流路２２にダミー孔部２６を設けると、吐出口２３が形成される吐出口プレートの機械的強度が下がり、またインク中の揮発成分の蒸発量が全体的に多くなって、粘度上昇による不吐出が起きやすくなるという弊害が生じる。そのため、前記第６，７の実施形態のように、全インク流路の２〜３割程度のインク流路２２にダミー孔部２６が設けられることが好ましく、さらに、ダミー孔部２６が設けられているインク流路２２は、全インク流路２２中において偏りなく配置されることが好ましい。
【００６１】
また、上記第６，第７の実施形態におけるダミー孔部２６は、前述した第１〜第４の実施形態における補助穴１３と同じ条件で設けることができる。ダミー孔部２６を補助穴１３と同じように設けることにより、インク吐出信頼性の向上、およびインクのリフィル時間の短縮等、第１〜第４の実施形態と同様の効果をも奏することができる。
【００６２】
（第８の実施形態）
図１４には、以上の第６，第７の実施形態において説明した構成のインクジェット記録ヘッド２１１を備えたインクジェット記録装置が示されている。この記録装置の構成を簡単に説明すると、供給ローラ２１２等を含み紙等の記録媒体（図示せず）が供給される給紙部２１３と、記録媒体にインクジェット記録ヘッド２１１からインク吐出を行なう印字部２１４と、印字された記録媒体を排出する排紙部２１５とを有している。印字部２１４には、インクジェット記録ヘッド２１１を載置するための手段であるキャリッジ２１６が、ガイドレール２１７に沿って摺動可能に設けられている。そして、キャリッジ２１６にインクジェット記録ヘッド２１１が搭載され、これらは、記録媒体の搬送方向に実質的に直交する方向に一体的に往復動する。
【００６３】
（その他）
なお、本発明は、特にインクジェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせ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（例えば電気熱変換体やレーザ光等）を備え、前記熱エネルギによりインクの状態変化を生起させる方式のプリントヘッド（以下、「記録ヘッド」ともいう）、プリント装置（以下、「記録装置」ともいう）において優れた効果をもたらすものである。かかる方式によれば記録の高密度化，高精細化が達成できるからである。
【００６４】
その代表的な構成や原理については、例えば、米国特許第４７２３１２９号明細書，同第４７４０７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて行うものが好ましい。この方式は所謂オンデマンド型，コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特に、オンデマンド型の場合には、液体（インク）が保持されているシートや液路に対応して配置されている電気熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を越える急速な温度上昇を与える少なくとも１つの駆動信号を印加することによって、電気熱変換体に熱エネルギを発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結果的にこの駆動信号に一対一で対応した液体（インク）内の気泡を形成できるので有効である。この気泡の成長，収縮により吐出用開口を介して液体（インク）を吐出させて、少なくとも１つの滴を形成する。この駆動信号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が行われるので、特に応答性に優れた液体（インク）の吐出が達成でき、より好ましい。このパルス形状の駆動信号としては、米国特許第４４６３３５９号明細書，同第４３４５２６２号明細書に記載されているようなものが適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載されている条件を採用すると、さらに優れた記録を行うことができる。
【００６５】
記録ヘッドの構成としては、上述の各明細書に開示されているような吐出口，液路，電気熱変換体の組合せ構成（直線状液流路または直角液流路）の他に熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示する米国特許第４５５８３３３号明細書，米国特許第４４５９６００号明細書を用いた構成も本発明に含まれるものである。加えて、複数の電気熱変換体に対して、共通するスリットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開示する特開昭５９−１２３６７０号公報や熱エネルギの圧力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を開示する特開昭５９−１３８４６１号公報に基いた構成としても本発明の効果は有効である。すなわち、記録ヘッドの形態がどのようなものであっても、本発明によれば記録を確実に効率よく行うことができるようになるからである。
【００６６】
さらに、記録装置が記録できる記録媒体の最大幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドに対しても本発明は有効に適用できる。そのような記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合せによってその長さを満たす構成や、一体的に形成された１個の記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。
【００６７】
加えて、上例のようなシリアルタイプのものでも、装置本体に固定された記録ヘッド、あるいは装置本体に装着されることで装置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あるいは記録ヘッド自体に一体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。
【００６８】
また、本発明の記録装置の構成として、記録ヘッドの吐出回復手段、予備的な補助手段等を付加することは本発明の効果を一層安定できるので、好ましいものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧或は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素子或はこれらの組み合わせを用いて加熱を行う予備加熱手段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げることができる。
【００６９】
また、搭載される記録ヘッドの種類ないし個数についても、例えば単色のインクに対応して１個のみが設けられたものの他、記録色や濃度を異にする複数のインクに対応して複数個数設けられるものであってもよい。すなわち、例えば記録装置の記録モードとしては黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによるかいずれでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色によるフルカラーの各記録モードの少なくとも一つを備えた装置にも本発明は極めて有効である。
【００７０】
さらに加えて、以上説明した本発明実施例においては、インクを液体として説明しているが、室温やそれ以下で固化するインクであって、室温で軟化もしくは液化するものを用いてもよく、あるいはインクジェット方式ではインク自体を３０℃以上７０℃以下の範囲内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあるように温度制御するものが一般的であるから、使用記録信号付与時にインクが液状をなすものを用いてもよい。加えて、熱エネルギによる昇温を、インクの固形状態から液体状態への状態変化のエネルギとして使用せしめることで積極的に防止するため、またはインクの蒸発を防止するため、放置状態で固化し加熱によって液化するインクを用いてもよい。いずれにしても熱エネルギの記録信号に応じた付与によってインクが液化し、液状インクが吐出されるものや、記録媒体に到達する時点ではすでに固化し始めるもの等のような、熱エネルギの付与によって初めて液化する性質のインクを使用する場合も本発明は適用可能である。このような場合のインクは、特開昭５４−５６８４７号公報あるいは特開昭６０−７１２６０号公報に記載されるような、多孔質シート凹部または貫通孔に液状又は固形物として保持された状態で、電気熱変換体に対して対向するような形態としてもよい。本発明においては、上述した各インクに対して最も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行するものである。
【００７１】
さらに加えて、本発明インクジェット記録装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシミリ装置の形態を採るもの等であってもよい。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、吐出口と補助穴の大きさと位置関係を特定することにより、インクの吐出信頼性、吐出安定性、印字等のプリント特性を向上させることができ、かつ高速プリントを可能とすることができる。
【００７３】
また、本発明によると、インク液滴吐出時のインク圧力変動や振動が補助穴としてのダミー孔部により緩衝されて、続いてインク液滴が吐出されるインク流路のメニスカス部において、インクが外方に大きく盛り上げることが抑制される。この結果、玉割れ現象が防止でき、全インク流路で均一なインク液滴吐出が可能になり、印字品質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態としてのインクジェットヘッドの平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う拡大断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ 矢視図である。
【図４】本発明の第２の実施形態としてのインクジェットヘッドの要部の拡大平面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態としてのインクジェットヘッドの要部の拡大平面図である。
【図６】本発明の第５の実施形態としてのインクジェットプリント装置の斜視図である。
【図７】本発明の第１の実施形態としてのインクジェットヘッドの有効性の実験データの説明図である。
【図８】本発明の第１の実施形態としてのインクジェットヘッドの有効性の実験データの説明図である。
【図９】本発明のインクジェットヘッドの第６の実施形態の要部を示す平面図である。
【図１０】図９の部分拡大図である。
【図１１】第６の実施形態におけるメニスカス位置の変動を示す説明図である。
【図１２】第６の実施形態におけるインク液滴吐出状態を示す説明図である。
【図１３】第６の実施形態におけるダミー孔部によるインクの圧力変動や振動の緩衝状態を示す説明図である。
【図１４】本発明のインクジェット記録装置の斜視図である。
【図１５】背景技術に係るインクジェットヘッドの要部を示す平面図である。
【図１６】背景技術に係るインクジェットヘッドにおけるメニスカス位置の変動を示す説明図である。
【図１７】背景技術に係るインクジェットヘッドにおけるインク液滴吐出状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１ インクジェットヘッド
１０ 基板
１１ 発熱抵抗体（電気熱変換体）
１２ 吐出口
１３ 補助穴
１４ 液流路（インク流路）
１５ 天板
１６ 隔壁
１７ インク
１７′ インク滴
１８ インク供給口

Claims (10)

1. インク流路内のインクに、電気熱変換体から熱エネルギーを付与して気泡を発生させることにより、前記電気熱変換体と対向する吐出口からインクを吐出可能なインクジェットヘッドにおいて、
   前記インク流路は前記吐出口にインクを供給するものであり、
   前記インク流路の天井部に外部に開放される補助穴を、前記インク流路１つに対して複数に分けて設け、
   該複数の補助穴の合計の開口面積を、前記吐出口の開口面積の３倍以上とし、
   前記補助穴と前記吐出口との間の最短距離は前記インク流路の高さの３倍以上とした
   ことを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記複数の補助穴のそれぞれの開口面積は、前記吐出口の開口面積よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記吐出口よりもインクの供給方向の前側に位置する前記インク流路の天井部に前記補助穴を設けたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
4. 前記吐出口よりもインクの供給方向の後側に位置する前記インク流路の天井部に前記補助穴を設けたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
5. 前記吐出口よりもインクの供給方向の前側及び後側に位置する前記インク流路の天井部に前記補助穴を設けたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
6. 前記吐出口は、前記インクに発生する気泡の成長過程において、その気泡を大気と連通させることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
7. 前記インク流路は、前記電気熱変換体が設けられる基板と、前記吐出口が形成される天板との間に形成され、
   前記補助穴は、前記天板に形成されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
8. 前記インク流路は、前記吐出口の数に対応して複数並列に形成されて共通のインク供給口に連通することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
9. 前記インク流路は、前記共通のインク供給口の両側のそれぞれに複数ずつ並列に形成されていることを特徴とする請求項８に記載のインクジェットヘッド。
10. 請求項１から９のいずれかに記載のインクジェットヘッドと、該ヘッドを載置するための手段とを有することを特徴とするインクジェットプリント装置。

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