JP4144518B2 - 液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液室内の液体をノズルから吐出させる液体吐出装置において、液体の飛翔特性又は着弾位置を制御する技術、具体的には、液体吐出部を複数並設したヘッドを備える液体吐出装置において、液体吐出部からの液体の吐出方向（液体の着弾位置）を制御する技術に関するものである。

従来、液体吐出部を複数並設したヘッドを備える液体吐出装置の一例として、インクジェットプリンタが知られている。また、インクジェットプリンタのインク液滴の吐出方式の１つとして、熱エネルギーを用いてインク液滴を吐出させるサーマル方式が知られている。

このサーマル方式のプリンタヘッドチップの構造の一例としては、インク液室内のインクを、インク液室内に配置された発熱素子（例えば発熱抵抗体）で加熱し、発熱素子上のインクに気泡を発生させ、この気泡発生時のエネルギーによってインクの一部をインク液滴として吐出させるものが挙げられる。そして、ノズルは、インク液室の上面側に形成され、インク液室内のインクに気泡が発生したときに、ノズルの吐出口からインク液滴が吐出されるように構成されている。

さらにまた、ヘッド構造の観点からは、プリンタヘッドチップを印画紙幅方向に移動させて印画を行うシリアル方式が広く知られているが、多数のプリンタヘッドチップを印画紙幅方向に並べて配置し、印画紙幅分のラインヘッドを形成したライン方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３６５２２号公報

図３４は、従来のラインヘッド１０を示す平面図である。図３４では、４つのプリンタヘッドチップ１（「Ｎ−１」、「Ｎ」、「Ｎ＋１」、「Ｎ＋２」）を図示しているが、実際にはさらに多数のプリンタヘッドチップ１が並設されている。

各プリンタヘッドチップ１には、インク液滴を吐出する吐出口を有するノズル１ａが複数形成されている。ノズル１ａは、特定方向に並設されており、この特定方向は、印画紙幅方向と一致している。さらに、このプリンタヘッドチップ１が上記特定方向に複数配置されている。隣接するプリンタヘッドチップ１は、それぞれノズル１ａが向き合うように配置されるとともに、隣接するプリンタヘッドチップ１間においては、ノズル１ａのピッチが連続するように配置されている（Ａ部詳細参照）。

しかし、前述の特許文献１の技術では、プリンタヘッドチップ１からインク液滴を吐出する際、インク液滴は、プリンタヘッドチップ１の吐出面に対して垂直に吐出されるのが理想的であるが、実際には、種々の要因により、インク液滴の吐出角度が垂直にならない場合があった。

例えば、発熱素子を有するインク液室の上面に、ノズル１ａが形成されたノズルシートを貼り合わせる場合、インク液室及び発熱素子と、ノズル１ａとの貼付け位置ずれが問題となる。インク液室及び発熱素子の中心上にノズル１ａの中心が位置するようにノズルシートが貼り付けられれば、インク液滴は、吐出面（ノズルシート面）に垂直に吐出されるが、インク液室及び発熱素子と、ノズル１ａとの中心位置にずれが生じると、インク液滴は、吐出面に対して垂直に吐出されなくなる。
また、インク液室及び発熱素子と、ノズルシートとの熱膨張率の差による位置ずれも生じ得る。

吐出面に対して垂直にインク液滴が吐出されたときには、理想的に正確な位置に着弾されるとして、インク液滴の吐出角度が垂直からθだけずれると、吐出面と印画紙面（インク液滴の着弾面）までの間の距離（インクジェット方式の場合、通常は１〜２ｍｍ）をＨ（Ｈは一定）としたとき、インク液滴の着弾位置ずれΔＬは、
ΔＬ＝Ｈ×ｔａｎθ
となる。

ここで、このようなインク液滴の吐出角度のずれが生じたときには、シリアル方式の場合では、ノズル１ａ間におけるインク液滴の着弾ピッチずれとなって現れる。さらに、ライン方式では、上記の着弾ピッチずれに加え、プリンタヘッドチップ１間の着弾位置ずれとなって現れる。

図３５は、図３４で示したラインヘッド１０（プリンタヘッドチップ１をノズル１ａの並び方向に複数配置したもの）での印画状態を示す断面図及び平面図である。図３５において、印画紙Ｐを固定して考えると、ラインヘッド１０は、印画紙Ｐの幅方向には移動せず、平面図において上から下に移動して印画を行う。

図３５の断面図では、ラインヘッド１０のうち、Ｎ番目、Ｎ＋１番目、及びＮ＋２番目の３つのプリンタヘッドチップ１を図示している。
断面図において、Ｎ番目のプリンタヘッドチップ１では、矢印で示すように図中、左方向にインク液滴が傾斜して吐出され、Ｎ＋１番目のプリンタヘッドチップ１では、矢印で示すように図中、右方向にインクが傾斜して吐出され、Ｎ＋２番目プリンタヘッドチップ１では、矢印で示すように吐出角度のずれがなく垂直にインク液滴が吐出されている例を示している。

したがって、Ｎ番目のプリンタヘッドチップ１では、基準位置より左側にずれてインク液滴が着弾され、Ｎ＋１番目のプリンタヘッドチップ１では、基準位置より右側にずれてインク液滴が着弾される。よって、両者間は、互いに遠ざかる方向にインク液滴が着弾される。この結果、Ｎ番目のプリンタヘッドチップ１と、Ｎ＋１番目のプリンタヘッドチップ１との間には、インク液滴が吐出されない領域が形成される。そして、ラインヘッド１０は、印画紙Ｐの幅方向には移動せず、平面図において矢印方向に移動されるだけである。これにより、Ｎ番目のプリンタヘッドチップ１と、Ｎ＋１番目のプリンタヘッドチップ１との間には、白スジＢが入ってしまい、印画品位が低下するという問題があった。

また、上記と同様に、Ｎ＋１番目のプリンタヘッドチップ１では、基準位置より右側にずれてインク液滴が着弾されるので、Ｎ＋１番目のプリンタヘッドチップ１と、Ｎ＋２番目のプリンタヘッドチップ１との間には、インク液滴が重なる領域が形成される。これにより、画像が不連続になったり、本来の色より濃い色となってスジＣが入ってしまい、印画品位が低下するという問題があった。

なお、以上のようなインク液滴の着弾位置ずれが生じた場合において、スジが目立つか否かは、印画される画像によっても左右される。例えば、文書等では、空白部分が多いので、仮にスジが入ってもさほど目立たない。これに対し、印画紙のほぼ全領域にフルカラーで写真画像を印画する場合には、わずかなスジが入ってもそれが目立つようになる。

上記のようなスジの発生防止を目的として、本願出願人より、特許文献２の技術が提案されている。
特開２００２−２４０２８７号公報

特許文献２は、インク液室内に、個別に駆動可能な複数の発熱素子（ヒーター）を設け、各発熱素子を独立して駆動することで、インク液滴の吐出方向を変えることができるようにしたものである。この特許文献２の技術によって、上記スジ（白スジＢ又はスジＣ）の発生は、解決できると考えられていた。

しかし、特許文献２は、複数の発熱素子を各々独立に制御することで、インク液滴の吐出方向を偏向させるものであるが、その後の検討により、特許文献２の方法を採用した場合には、インク液滴の吐出が不安定になる場合があり、安定して高品質な印画が得られないという問題があることが判明した。

本願発明者らの検討によると、液体吐出部からのインク液滴の吐出量は、通常、発熱素子に印加する電力の増加に伴って単調に増加することはなく、所定の電力を加えるまでは吐出に至らない。いいかえれば、所定値以上の電力を与えないと、十分な量のインク液滴を吐出することができない。

したがって、複数の発熱素子を各々独立に駆動する場合において、一部の発熱素子のみを駆動してインク液滴を吐出させようとするときには、その一部の発熱素子の駆動のみで、インク液滴の吐出に十分な熱量を発生させる必要がある。このため、複数の発熱素子を各々独立に駆動する場合において、一部の発熱素子のみでインク液滴を吐出しようとするときには、その一部の発熱素子に対して与える電力を大きくする必要が生じる。このような状況は、近年の高解像度化に伴う発熱素子の小型化に対して、不利な状況を生む。

すなわち、インク液滴を安定して吐出するためには、各発熱素子の単位面積当たりのエネルギー発生量を、従来に比べて極めて高くする必要が生じ、その結果、小型化された発熱素子が受けるダメージが増大する。よって、発熱素子の寿命が低下し、ひいてはヘッドの寿命が低下してしまうという問題が生じる。
以上より、高解像度化に伴い小型化した発熱素子を有するヘッドでは、上記の各種の技術をもっては、上記のスジの発生を防止することはできない。

そこで、本件発明者らは、未開示の先願技術である特願２００２−３２０８６１や、特願２００３−５５２３６等を既に提案している。これらの技術により、発熱素子の寿命を低下させることなく安定して液体を吐出できるようにしつつ、インク液滴の飛翔特性又は着弾位置を制御できるようになった。

さらに、本件発明者らは、実用化に向けて、インク液滴の飛翔特性のばらつきを、どのようにして少なくするかを、その後も検討を続けた。すなわち、上述の未開示の先願技術の出願段階では、ノズル径や液室の寸法等にどのような関係を持たせて設定したときに、インク液滴の飛翔特性を最大限に効率良く制御できるようになるかが、十分に解明されていなかったためである。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、本件発明者らによって既に提案されている上記特願２００２−３２０８６１や、特願２００３−５５２３６等の技術をふまえて、インク液滴の飛翔特性を最大限に効率良く制御するための、より具体的な技術内容を提供することである。

本発明は、以下の解決手段によって、上述の課題を解決する。
本発明の１つである請求項１の発明は、吐出すべき液体を収容する液室と、前記液室内に設けられた発熱素子と、前記液室内から液滴を吐出させるためのノズルを形成したノズル形成部材とを備え、前記発熱素子に加熱のためのエネルギーを与え、前記発熱素子上で膜沸騰による気泡を発生させ、その気泡の発生によって前記液室内の液体に飛翔力を与えるとともに、気泡発生後の収縮による圧力変化によって、前記液室内の液体の一部を液滴として分離させて前記ノズルから吐出させ、１つの前記液室内に設けられた前記発熱素子は、同一表面形状及び同一発熱特性を有する２つの気泡発生領域が並べて配置されたものであり、２つの前記気泡発生領域に対して、エネルギーを同時に与えるとともに、２つの前記気泡発生領域上での膜沸騰による気泡発生時刻が異なるように２つの前記気泡発生領域に異なるエネルギー面密度のエネルギーを与えることにより、液滴の生成過程において、前記ノズルの吐出面に平行な成分を持つ飛翔力を液滴に与えるように制御し、さらに、２つの前記気泡発生領域のエネルギー面密度の差が０であって液滴の飛翔力のうち前記ノズルの吐出面に平行な成分が０となる点を原点として、エネルギー面密度の差の増大に伴って液滴の飛翔力のうち前記ノズルの吐出面に平行な成分が増加するとともにピーク値を迎え、その後、前記ノズルの吐出面に平行な成分が減少するように変化する範囲内であって、前記原点を中心にエネルギー面密度の差の増大に伴って液滴の飛翔力のうち前記ノズルの吐出面に平行な成分が前記ピーク値まで増加する第１の範囲、前記第１の範囲に隣接する範囲であって、２つの前記気泡発生領域のエネルギー面密度の差の縮小に伴って液滴の飛翔力のうち前記ノズルの吐出面に平行な成分が０となる点を含む範囲で前記ノズルの吐出面に平行な成分が前記ピーク値まで変化する第２の範囲、前記第１の範囲に隣接するとともに２つの前記気泡発生領域のエネルギー面密度の差が０である点に対して前記第２の範囲と対称にある範囲であり、前記第２の範囲における２つの前記気泡発生領域に与えるエネルギーの条件を逆転することで得られる関係であって、２つの前記気泡発生領域のエネルギー面密度の差の増大に伴って液滴の飛翔力のうち前記ノズルの吐出面に平行な成分が０となる点を含む範囲で前記ノズルの吐出面に平行な成分が前記ピーク値以降変化する第３の範囲、のうち、いずれか１つの範囲内又は複数の範囲内で、２つの前記気泡発生領域に与えるエネルギー面密度の差を変化させることにより、液滴の飛翔力のうち前記ノズルの吐出面に平行な成分の大きさを変化させるように制御する液体吐出装置である。

請求項１の発明においては、１つの液室内には、同一表面形状及び同一発熱特性を有する２つの気泡発生領域が並べて配置されている。そして、液滴の吐出時には、２つの気泡発生領域上での膜沸騰による気泡発生時刻が異なるように２つの気泡発生領域に異なるエネルギー面密度のエネルギーが同時（同時刻）に与えられる。

なお、本発明の「２つの気泡発生領域」は、以下の実施形態では、２つの発熱素子１３を用いて説明しているが、この発熱素子１３は、２つに完全に分割（分離）されているのではなく、連結されたものであり、各発熱素子１３ごとに気泡発生領域を有するものである。したがって、「２つの気泡発生領域」は、実施形態の「２つの発熱素子１３」と同義である。

請求項１の発明によれば、同一表面形状及び同一発熱特性を有する２つの気泡発生領域に同時にエネルギーを与えるとともに、与えるエネルギーのエネルギー面密度を変えることで、液滴には、吐出に必要な飛翔力が与えられるとともに、液滴の飛翔力には、ノズルの吐出面に平行な成分を有するようになる。そして、与えるエネルギー面密度の差に応じて、液滴の吐出方向（例えば、どの程度偏向させるかや、どの方向に液滴を吐出するか等）の制御を容易に行うことができる。

図１は、本発明による液体吐出装置を適用したインクジェットプリンタ（以下、単に「プリンタ」という。）のヘッド１１を示す分解斜視図である。図１において、ノズルシート（本発明におけるノズル形成部材に相当するもの）１７は、バリア層１６上に貼り合わされるが、このノズルシート１７を分解して図示している。

ヘッド１１において、基板部材１４は、シリコン等から成る半導体基板１５と、この半導体基板１５の一方の面に析出形成された発熱素子（特に本実施形態では、抵抗によって形成した発熱抵抗体）１３とを備えるものである。発熱素子１３は、半導体基板１５上に形成された導体部（図示せず）を介して、後述する回路と電気的に接続されている。

また、バリア層１６は、例えば、感光性感化ゴムレジストや露光硬化型のドライフィルムレジストからなり、半導体基板１５の発熱素子１３が形成された面の全体に積層された後、フォトリソプロセスによって不要な部分が除去されることにより形成されている。
さらにまた、ノズルシート１７は、複数のノズル１８が形成されたものであり、例えば、ニッケルによる電鋳技術により形成され、ノズル１８の位置が発熱素子１３の位置と合うように、すなわちノズル１８が発熱素子１３に対向するようにバリア層１６の上に貼り合わされている。

インク液室１２は、発熱素子１３を囲むように、基板部材１４とバリア層１６とノズルシート１７及びノズル１８とから構成されたものである。すなわち、基板部材１４は、図中、インク液室１２の底壁を構成し、バリア層１６及びノズル１８の内壁面は、インク液室１２の側壁を構成し、ノズルシート１７の表面は、インク液室１２の天面を構成する。これにより、インク液室１２は、図１中、右側前方面に開口面を有し、この開口面とインク流路（図示せず）とが連通される。

上記の１個のヘッド１１には、通常、１００個単位の複数の発熱素子１３、及び各発熱素子１３を備えたインク液室１２を備え、プリンタの制御部からの指令によってこれら発熱素子１３のそれぞれを一意に選択して発熱素子１３に対応するインク液室１２内のインクを、インク液室１２に対向するノズル１８から吐出させることができる。

すなわち、ヘッド１１と結合されたインクタンク（図示せず）から、インク液室１２にインクが満たされる。そして、発熱素子１３に短時間、例えば、１〜３μｓｅｃの間パルス電流を流すことにより、発熱素子１３が急速に加熱され、その結果、発熱素子１３と接する部分に気相のインク気泡が発生し、そのインク気泡の膨張によってある体積のインクが押しのけられる（インクが沸騰する）。これによって、ノズル１８に接する部分の上記押しのけられたインクとほぼ同等の体積のインクが液滴としてノズル１８から吐出され、印画紙（液体吐出対象体）上に着弾される。

なお、本明細書において、１つのインク液室１２と、この１つのインク液室１２内に配置された発熱素子１３と、その上部に配置されたノズル１８を含むノズルシート１７とから構成される部分を、「液体（インク）吐出部」と称する。すなわち、ヘッド１１は、複数の液体吐出部を並設したものである。

また、本実施形態においても、従来の技術で説明したものと同様に、複数のヘッド１１を印画紙幅方向に並べて、ラインヘッドを形成している。この場合には、複数のヘッドチップ（ヘッド１１のうち、ノズルシート１７が設けられていないもの）を並べた後、１枚のノズルシート１７（各ヘッドチップの全てのインク液室１２に対応する位置にノズル１８が形成されたもの）を貼り合わせて、ラインヘッドを形成する。

図２は、液体吐出部における発熱素子１３の配置をより詳細に示す平面図及び側面の断面図である。図２の平面図では、ノズル１８を１点鎖線で図示している。
図２に示すように、本実施形態では、１つのインク液室１２内に、２分割された発熱素子１３が並設されている。さらに、２分割された発熱素子１３の並び方向は、ノズル１８の並び方向（図２中、左右方向）である。

なお、「２分割された」とは、２つの発熱素子１３が物理的に完全に分離しているもののみを意味するものではない。後述する実施例では、２つの発熱素子１３は、一部で連結されている。その２つの発熱素子１３は、平面的に見たときに略凹形をなしており、その略凹形の両先端部と、中央の折り返し（変曲）部分に電極を設けたことで、実質的に、２つの発熱素子が２分割されたような形状をなすものである。

１つの発熱素子１３を縦割りにした２分割型のものでは、長さが同じで幅が半分になるので、発熱素子１３の抵抗値は、倍の値になる。この２つに分割された発熱素子１３を直列に接続すれば、２倍の抵抗値を有する発熱素子１３が直列に接続されることとなり、抵抗値は４倍となる（なお、この値は、図２において並設されている各発熱素子１３間の距離を考慮しない場合の計算値である）。

ここで、インク液室１２内のインクを沸騰させるためには、発熱素子１３に一定の電力を加えて発熱素子１３を加熱する必要がある。この沸騰時のエネルギーにより、インクを吐出させるためである。そして、抵抗値が小さいと、流す電流を大きくする必要があるが、発熱素子１３の抵抗値を高くすることにより、少ない電流で沸騰させることができるようになる。

これにより、電流を流すためのトランジスタ等の大きさも小さくすることができ、省スペース化を図ることができる。なお、発熱素子１３の厚みを薄く形成すれば抵抗値を高くすることができるが、発熱素子１３として選定される材料や強度（耐久性）の観点から、発熱素子１３の厚みを薄くするには一定の限界がある。このため、厚みを薄くすることなく、分割することで、発熱素子１３の抵抗値を高くしている。

また、１つのインク液室１２内に２分割された発熱素子１３を備えた場合には、各々の発熱素子１３がインクを沸騰させる温度に到達するまでの時間（気泡発生時間）を同時にするのが通常である。２つの発熱素子１３の気泡発生時間に時間差が生じると、インク液滴の吐出角度は垂直でなくなり、インク液滴の吐出方向は偏向する。

図３は、インク液滴の吐出方向の偏向を説明する図である。図３において、インク液滴ｉの吐出面に対して垂直にインク液滴ｉが吐出されると、偏向なくインク液滴ｉが吐出される。これに対し、インク液滴ｉの吐出方向が偏向して、吐出角度が垂直位置からθだけずれると（図３中、Ｚ１又はＺ２方向）、吐出面と印画紙Ｐ面（インク液滴ｉの着弾面）までの間の距離をＨとしたとき、インク液滴ｉの着弾位置は、
ΔＬ＝Ｈ×ｔａｎθ
だけずれることとなる。

図４は、２分割した発熱素子１３のインクの気泡発生時間差として、２分割した発熱素子１３間の電流量の差の２分の１を偏向電流として横軸にとり、インク液滴の着弾位置での偏向量（インク液滴の吐出面から印画紙の着弾位置までの間の距離を約２ｍｍとして実測）を縦軸にとった場合の実測値データである。図４では、各発熱素子１３の抵抗値を約７５オームとし、発熱素子１３の主電流を８０ｍＡとして、２つの発熱素子１３の中点に偏向電流を流すことで、インク液滴の偏向吐出を行った。

ノズル１８の並び方向に２分割した発熱素子１３の気泡発生に時間差を有する場合には、図４に示すように、偏向電流値に応じて、インク液滴の吐出角度が垂直でなくなることにより、インク液滴の着弾位置がずれる（偏向する）ようになる。
そこで、本実施形態では、この特性を利用し、２つの発熱素子１３を直列に接続して、その中点（又は中継点）に電流を流して、発熱素子１３に流れる電流量のバランスを変えることで、２つの発熱素子１３上の気泡発生時間に時間差が生じるように（異なる時刻に気泡が発生するように）制御して、インク液滴の吐出方向を偏向させるようにしている。

さらに、例えば２分割した発熱素子１３の抵抗値が製造誤差等により同一値になっていない場合には、２つの発熱素子１３に気泡発生時間差が生じるので、インク液滴の吐出角度が垂直でなくなり、インク液滴の着弾位置が本来の位置からずれる。しかし、２分割した発熱素子１３に流す電流量を変えることにより、各発熱素子１３上の気泡発生時間を制御し、２つの発熱素子１３の気泡発生時間を同時にすれば、インク液滴の吐出角度を垂直にすることも可能となる。

例えばラインヘッドにおいて、特定の１又は２以上のヘッド１１全体のインク液滴の吐出方向を、本来の吐出方向に対して偏向させることにより、製造誤差等によってインク液滴が印画紙の着弾面に垂直に吐出されないヘッド１１の吐出方向を矯正し、垂直にインク液滴が吐出されるようにすることができる。

また、１つのヘッド１１において、１又は２以上の特定の液体吐出部からのインク液滴の吐出方向だけを偏向させることが挙げられる。例えば、１つのヘッド１１において、特定の液体吐出部からのインク液滴の吐出方向が、他の液体吐出部からのインク液滴の吐出方向に対して平行でない場合には、その特定の液体吐出部からのインク液滴の吐出方向だけを偏向させて、他の液体吐出部からのインク液滴の吐出方向に対して平行になるように調整することができる。

さらに、以下のようにインク液滴の吐出方向を偏向させることができる。
例えば、隣接する液体吐出部「Ｎ」と液体吐出部「Ｎ＋１」とからインク液滴を吐出する場合において、液体吐出部「Ｎ」及び液体吐出部「Ｎ＋１」からそれぞれインク液滴が偏向なく吐出されたときの着弾位置を、それぞれ着弾位置「ｎ」及び着弾位置「ｎ＋１」とする。この場合には、液体吐出部「Ｎ」からインク液滴を偏向なく吐出して着弾位置「ｎ」に着弾させることができるとともに、インク液滴の吐出方向を偏向させて着弾位置「ｎ＋１」にインク液滴を着弾させることもできる。
同様に、液体吐出部「Ｎ＋１」からインク液滴を偏向なく吐出して着弾位置「ｎ＋１」に着弾させることができるとともに、インク液滴の吐出方向を偏向させて着弾位置「ｎ」にインク液滴を着弾させることもできる。

このようにすることにより、例えば液体吐出部「Ｎ＋１」に目詰まり等が生じてインク液滴を吐出することができなくなった場合には、本来であれば、着弾位置「ｎ＋１」にはインクを着弾させることができず、ドット欠けが生じ、そのヘッド１１は不良とされてしまう。
しかし、このような場合には、液体吐出部「Ｎ＋１」に隣接する他の液体吐出部「Ｎ」、又は液体吐出部「Ｎ＋２」によりインクを偏向させて吐出し、インク液滴を着弾位置「ｎ＋１」に着弾させることが可能となる。

図５は、インク液滴の吐出方向を偏向する手段を具体化した回路図である。先ず、この回路に用いられる要素及び接続状態を説明する。
図５において、抵抗Ｒｈ−Ａ及びＲｈ−Ｂは、上述した、２分割された発熱素子１３の抵抗であり、両者は直列に接続されている。電源Ｖｈは、抵抗Ｒｈ−Ａ及びＲｈ−Ｂに電流を流すための電源である。

図５に示す回路では、トランジスタとしてＭ１〜Ｍ２１を備えており、トランジスタＭ４、Ｍ６、Ｍ９、Ｍ１１、Ｍ１４、Ｍ１６、Ｍ１９及びＭ２１はＰＭＯＳトランジスタであり、その他はＮＭＯＳトランジスタである。図５の回路では、例えばトランジスタＭ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５及びＭ６により一組のカレントミラー回路（以下、「ＣＭ回路」と略称する。）を構成しており、合計４組のＣＭ回路を備えている。

この回路では、トランジスタＭ６のゲートとドレイン及びＭ４のゲートが接続されている。また、トランジスタＭ４とＭ３、及びトランジスタＭ６とＭ５のドレイン同士が接続されている。他のＣＭ回路についても同様である。
さらにまた、ＣＭ回路の一部を構成するトランジスタＭ４、Ｍ９、Ｍ１４及びＭ１９、並びにトランジスタＭ３、Ｍ８、Ｍ１３及びＭ１８のドレインは、抵抗Ｒｈ−ＡとＲｈ−Ｂとの中点に接続されている。

また、トランジスタＭ２、Ｍ７、Ｍ１２及びＭ１７は、それぞれ、各ＣＭ回路の定電流源となるものであり、そのドレインがそれぞれトランジスタＭ３、Ｍ５、Ｍ８、Ｍ１０、Ｍ１３、Ｍ１５、Ｍ１８及びＭ２０のソースに接続されている。
さらにまた、トランジスタＭ１は、そのドレインが抵抗Ｒｈ−Ｂと直列に接続され、吐出実行入力スイッチＡが“１”（ＯＮ）になったときにＯＮになり、抵抗Ｒｈ−Ａ及びＲｈ−Ｂに電流を流すように構成されている。

また、ＡＮＤゲートＸ１〜Ｘ９の出力端子は、それぞれトランジスタＭ１、Ｍ３、Ｍ５、・・のゲートに接続されている。なお、ＡＮＤゲートＸ１〜Ｘ７は、２入力タイプのものであるが、ＡＮＤゲートＸ８及びＸ９は、３入力タイプのものである。ＡＮＤゲートＸ１〜Ｘ９の入力端子の少なくとも１つは、吐出実行入力スイッチＡと接続されている。

さらにまた、ＸＮＯＲゲートＸ１０、Ｘ１２、Ｘ１４及びＸ１６のうち、１つの入力端子は、偏向方向切替えスイッチＣと接続されており、他の１つの入力端子は、偏向制御スイッチＪ１〜Ｊ３、又は吐出角補正スイッチＳと接続されている。
偏向方向切替えスイッチＣは、インク液滴の吐出方向を、ノズル１８の並び方向において、どちら側に偏向させるかを切り替えるためのスイッチである。偏向方向切替えスイッチＣが“１”（ＯＮ）になると、ＸＮＯＲゲートＸ１０の一方の入力が“１”になる。
また、偏向制御スイッチＪ１〜Ｊ３は、それぞれ、インク液滴の吐出方向を偏向させるときの偏向量を決定するためのスイッチであり、例えば入力端子Ｊ３が“１”（ＯＮ）になると、ＸＮＯＲゲートＸ１０の入力の１つが“１”になる。

さらに、ＸＮＯＲゲートＸ１０〜Ｘ１６の各出力端子は、ＡＮＤゲートＸ２、Ｘ４、・・の１つの入力端子に接続されるとともに、ＮＯＴゲートＸ１１、Ｘ１３、・・を介してＡＮＤゲートＸ３、Ｘ５、・・の１つの入力端子に接続されている。また、ＡＮＤゲートＸ８及びＸ９の入力端子の１つは、吐出角補正スイッチＫと接続されている。

さらにまた、偏向振幅制御端子Ｂは、偏向１ステップの振幅を決定する為の端子であって、各ＣＭ回路の定電流源となるトランジスタＭ２、Ｍ７、・・の電流値を決める端子であり、トランジスタＭ２、Ｍ７、・・のゲートにそれぞれ接続されている。偏向振幅を０にするにはこの端子を０Ｖにすれば、電流源の電流が０となり、偏向電流が流れず、振幅を０にすることができる。この電圧を徐々に上げていくと、電流値は次第に増大し、偏向電流を多く流すことができ、偏向振幅も大きくできる。
すなわち、適正な偏向振幅を、この端子に印加する電圧で制御できるものである。

また、抵抗Ｒｈ−Ｂに接続されたトランジスタＭ１のソース、及び各ＣＭ回路の定電流源となるトランジスタＭ２、Ｍ７、・・のソースは、グラウンド（ＧＮＤ）に接地されている。

以上の構成において、各トランジスタＭ１〜Ｍ２１にかっこ書で付した「×Ｎ（Ｎ＝１、２、４、又は５０）」の数字は、素子の並列状態を示し、例えば「×１」（Ｍ１２〜Ｍ２１）は、標準の素子を有することを示し、「×２」（Ｍ７〜Ｍ１１）は、標準の素子２個を並列に接続したものと等価な素子を有することを示す。以下、「×Ｎ」は、標準の素子Ｎ個を並列に接続したものと等価な素子を有することを示している。

これにより、トランジスタＭ２、Ｍ７、Ｍ１２、及びＭ１７は、それぞれ「×４」、「×２」、「×１」、「×１」であるので、これらのトランジスタのゲートとグラウンド間に適当な電圧を与えると、それぞれのドレイン電流は、４：２：１：１の比率になる。

次に、本回路の動作について説明するが、最初に、トランジスタＭ３、Ｍ４、Ｍ５及びＭ６からなるＣＭ回路のみに着目して説明する。
吐出実行入力スイッチＡは、インクを吐出するときだけ“１”（ＯＮ）になる。
例えば、Ａ＝“１”、Ｂ＝２．５Ｖ印加、Ｃ＝“１”及びＪ３＝“１”であるとき、ＸＮＯＲゲートＸ１０の出力は“１”になるので、この出力“１”と、Ａ＝“１”がＡＮＤゲートＸ２に入力され、ＡＮＤゲートＸ２の出力は“１”になる。よって、トランジスタＭ３はＯＮになる。
また、ＸＮＯＲゲートＸ１０の出力が“１”であるときには、ＮＯＴゲートＸ１１の出力は“０”であるので、この出力“０”と、Ａ＝“１”がＡＮＤゲートＸ３の入力となるので、ＡＮＤゲートＸ３の出力は“０”になり、トランジスタＭ５はＯＦＦとなる。

よって、トランジスタＭ４とＭ３のドレイン同士、及びトランジスタＭ６とＭ５のドレイン同士が接続されているので、上述のようにトランジスタＭ３がＯＮ、かつＭ５がＯＦＦであるときには、トランジスタＭ４からＭ３に電流が流れるが、トランジスタＭ６からＭ５には電流は流れない。さらに、ＣＭ回路の特性により、トランジスタＭ６に電流が流れないときには、トランジスタＭ４にも電流は流れない。また、トランジスタＭ２のゲートに２．５Ｖ印加されているので、それに応じた電流が、上述の場合には、トランジスタＭ３、Ｍ４、Ｍ５、及びＭ６のうち、トランジスタＭ３からＭ２にのみ流れる。

この状態において、Ｍ５のゲートがＯＦＦしているのでＭ６には電流が流れず、そのミラーとなるＭ４も電流は流れない。抵抗Ｒｈ−ＡとＲｈ−Ｂには、本来同じ電流Ｉ_ｈ が流れるが、Ｍ３のゲートがＯＮしている状態では、Ｍ２で決定した電流値をＭ３を通して、抵抗Ｒｈ−ＡとＲｈ−Ｂの中点から引き出す為、Ｒｈ−Ａ側では、Ｍ２で決定した電流値が加算され、Ｒｈ−Ｂ側では減算される。
よってＩ_Ｒｈ−Ａ＞Ｉ_Ｒｈ−Ｂとなる。

以上はＣ＝“１”の場合であるが、次にＣ＝“０”である場合、すなわち偏向方向切替えスイッチＣの入力のみを異ならせた場合（その他のスイッチＡ、Ｂ、Ｊ３は、上記と同様に“１”とする）は、以下のようになる。
Ｃ＝“０”、かつＪ３＝“１”であるときには、ＸＮＯＲゲートＸ１０の出力は“０”となる。これにより、ＡＮＤゲートＸ２の入力は、（“０”、“１”（Ａ＝“１”））となるので、その出力は“０”になる。よって、トランジスタＭ３はＯＦＦとなる。
また、ＸＮＯＲゲートＸ１０の出力が“０”となれば、ＮＯＴゲートＸ１１の出力は“１”になるので、ＡＮＤゲートＸ３の入力は、（“１”、“１”（Ａ＝“１”））となり、トランジスタＭ５はＯＮになる。

トランジスタＭ５がＯＮであるとき、トランジスタＭ６には電流が流れるが、これとＣＭ回路の特性から、トランジスタＭ４にも電流が流れる。
よって、電源Ｖｈにより、抵抗Ｒｈ−Ａ、トランジスタＭ４、及びトランジスタＭ６に電流が流れる。そして、抵抗Ｒｈ−Ａに流れた電流は、全て抵抗Ｒｈ−Ｂに流れる（トランジスタＭ３はＯＦＦであるので、抵抗Ｒｈ−Ａを流れ出た電流はトランジスタＭ３側には分岐しない）。また、トランジスタＭ４を流れた電流は、トランジスタＭ３がＯＦＦであるので、全て抵抗Ｒｈ−Ｂ側に流入する。さらにまた、トランジスタＭ６に流れた電流は、トランジスタＭ５に流れる。

以上より、Ｃ＝“１”であるときには、抵抗Ｒｈ−Ａを流れた電流は、抵抗Ｒｈ−Ｂ側とトランジスタＭ３側とに分岐して流れ出たが、Ｃ＝“０”であるときには、抵抗Ｒｈ−Ｂには、抵抗Ｒｈ−Ａを流れた電流の他、トランジスタＭ４を流れた電流が入り込む。その結果、抵抗Ｒｈ−Ａと抵抗Ｒｈ−Ｂとに流れる電流は、Ｉ_Ｒｈ−Ａ＜Ｉ_Ｒｈ−Ｂとなる。そして、その比率は、Ｃ＝“１”とＣ＝“０”とで対称となる。

以上のようにして、抵抗Ｒｈ−Ａと抵抗Ｒｈ−Ｂとに流れる電流のバランスを変えることで、２分割した発熱素子１３上の気泡発生時間差を設けることができる。これにより、インク液滴の吐出方向を偏向させることができる。
また、Ｃ＝“１”とＣ＝“０”とで、インク液滴の偏向方向を、ノズル１８の並び方向において対称位置に切り替えることができる。

なお、以上の説明は、偏向制御スイッチＪ３のみがＯＮ/ＯＦＦのときであるが、偏向制御スイッチＪ２及びＪ１をさらにＯＮ／ＯＦＦさせれば、さらに細かく抵抗Ｒｈ−Ａと抵抗Ｒｈ−Ｂとに流す電流量を設定することができる。
すなわち、偏向制御スイッチＪ３により、トランジスタＭ４及びＭ６に流す電流を制御することができるが、偏向制御スイッチＪ２により、トランジスタＭ９及びＭ１１に流す電流を制御することができる。さらにまた、偏向制御スイッチＪ１により、トランジスタＭ１４及びＭ１６に流す電流を制御することができる。

そして、上述したように、各トランジスタには、トランジスタＭ４及びＭ６：トランジスタＭ９及びＭ１１：トランジスタＭ１４及びＭ１６＝４：２：１の比率のドレイン電流を流すことができる。これにより、インク液滴の偏向方向を、偏向制御スイッチＪ１〜Ｊ３の３ビットを用いて、（Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３）＝（０、０、０）、（０、０、１）、（０、１、０）、（０、１、１）、（１、０、０）、（１、０、１）、（１、１、０）、及び（１、１、１）の８ステップに変化させることができる。

さらに、トランジスタＭ２、Ｍ７、Ｍ１２及びＭ１７のゲートとグラウンド間に与える電圧を変えれば、電流量を変えることができるので、各トランジスタに流れるドレイン電流の比率は、４：２：１のままで、１ステップ当たりの偏向量を変えることができる。

さらにまた、上述したように、偏向方向切替えスイッチＣにより、その偏向方向を、ノズル１８の並び方向に対して対称位置に切り替えることができる。
ラインヘッドにおいては、複数のヘッド１１を印画紙幅方向に並べるとともに、隣同士のヘッド１１が対向するように（隣のヘッド１１に対して１８０度回転させて配置し）、いわゆる千鳥配列をする場合がある。この場合には、隣同士にある２つのヘッド１１に対して、偏向制御スイッチＪ１〜Ｊ３から共通の信号を送ると、隣同士にある２つのヘッド１１で偏向方向が逆転してしまう。このため、本実施形態では、偏向方向切替えスイッチＣを設けて、１つのヘッド１１全体の偏向方向を対称に切り替えることができるようにしている。

これにより、複数のヘッド１１をいわゆる千鳥配列してラインヘッドを形成した場合、ヘッド１１のうち、偶数位置にあるヘッドＮ、Ｎ＋２、Ｎ＋４、・・についてはＣ＝“０”に設定し、奇数位置にあるヘッドＮ＋１、Ｎ＋３、Ｎ＋５、・・についてはＣ＝“１”に設定すれば、ラインヘッドにおける各ヘッド１１の偏向方向を一定方向にすることができる。

また、吐出角補正スイッチＳ及びＫは、インク液滴の吐出方向を偏向させるためのスイッチである点で偏向制御スイッチＪ１〜Ｊ３と同様であるが、インク液滴の吐出角度の補正のために用いられるスイッチである。
先ず、吐出角補正スイッチＫは、補正を行うか否かを定めるためのスイッチであり、Ｋ＝“１”で補正を行い、Ｋ＝“０”で補正を行わないように設定される。
また、吐出角補正スイッチＳは、ノズル１８の並び方向に対していずれの方向に補正を行うかを定めるためのスイッチである。

例えば、Ｋ＝“０”（補正を行わない場合）であるとき、ＡＮＤゲートＸ８及びＸ９の３入力のうち、１入力が“０”になるので、ＡＮＤゲートＸ８及びＸ９の出力は、ともに“０”になる。よって、トランジスタＭ１８及びＭ２０はＯＦＦになるので、トランジスタＭ１９及びＭ２１もまた、ＯＦＦになる。これにより、抵抗Ｒｈ−Ａと抵抗Ｒｈ−Ｂとに流れる電流に変化はない。

これに対し、Ｋ＝“１”であるときに、例えばＳ＝“０”、及びＣ＝“０”であるとすると、ＸＮＯＲゲートＸ１６の出力は“１”になる。よって、ＡＮＤゲートＸ８には、（１、１、１）が入力されるので、その出力は“１”になり、トランジスタＭ１８はＯＮになる。また、ＡＮＤゲートＸ９の入力の１つは、ＮＯＴゲートＸ１７を介して“０”となるので、ＡＮＤゲートＸ９の出力は“０”になり、トランジスタＭ２０はＯＦＦになる。よって、トランジスタＭ２０がＯＦＦであるので、トランジスタＭ２１には電流は流れない。

また、ＣＭ回路の特性より、トランジスタＭ１９にも電流は流れない。しかし、トランジスタＭ１８はＯＮであるので、抵抗Ｒｈ−Ａと抵抗Ｒｈ−Ｂとの中点から電流が流出し、トランジスタＭ１８に電流が流れ込む。よって、抵抗Ｒｈ−Ａに対して抵抗Ｒｈ−Ｂに流れる電流量を少なくすることができる。これにより、インク液滴の吐出角度の補正を行い、インク液滴の着弾位置をノズル１８の並び方向に所定量だけ補正することができる。
なお、上記実施形態では、吐出角補正スイッチＳ及びＫからなる２ビットによる補正を行うようにしたが、スイッチ数を増加させれば、さらに細かな補正を行うことができる。

以上のＪ１〜Ｊ３、Ｓ及びＫの各スイッチを用いて、インク液滴の吐出方向を偏向させる場合に、その電流（偏向電流Ｉｄｅｆ）は、
（式１）Ｉｄｅｆ＝Ｊ３×４×Ｉｓ＋Ｊ２×２×Ｉｓ＋Ｊ１×Ｉｓ＋Ｓ×Ｋ×Ｉｓ
＝（４×Ｊ３＋２×Ｊ２＋Ｊ１＋Ｓ×Ｋ）×Ｉｓ
と表すことができる。

式１において、Ｊ１、Ｊ２及びＪ３には、＋１又は−１が与えられ、Ｓには、＋１又は−１が与えられ、Ｋには、＋１又は０が与えられる。
式１から理解できるように、Ｊ１、Ｊ２及びＪ３の各設定により、偏向電流を８段階に設定することができるとともに、Ｊ１〜Ｊ３の設定と独立に、Ｓ及びＫにより補正を行うことができる。

また、偏向電流は、正の値として４段階、負の値として４段階に設定することができるので、インク液滴の偏向方向は、ノズル１８の並び方向において両方向に設定することができる。例えば、図３において、垂直方向に対し、左側にθだけ偏向させることもでき（図中、Ｚ１方向）、右側にθだけ偏向させることもできる（図中、Ｚ２方向）。さらに、θの値、すなわち偏向量は、任意に設定することができる。

次に、インク液滴が偏向吐出されるときの現象をより詳細に説明する。
図６は、１つの液体吐出部において、発熱素子１３の発熱前の状態から、発熱後、インク液滴が吐出されるまでの様子を順を追って示す断面図である。
（Ａ）静止状態
発熱素子１３に電流が流れていない状態である。この状態では、発熱素子１３は、発熱してしない。また、インク液室１２内、及びノズル１８内には、インクが満たされている。ノズル１８内のインク吐出面には、メニスカス（インク液面）が形成されているが、インク液室１２内は、大気圧よりも圧力が低く保持されているので、メニスカスは、下に凸となっている。

（Ｂ）加熱・気泡発生状態
この状態は、発熱素子１３が急速に加熱された状態である。この場合には、発熱素子１３に接しているインクは、通常の沸点を超える温度に加熱される。また、発熱素子１３の表面が薄いことから、一気に沸騰状態（膜沸騰状態）となる。さらにまた、この状態は、沸騰の開始瞬間であることから、発熱素子１３上に発生した気泡の体積は小さく、インクに加わる圧力は小さい。

（Ｃ）気泡成長・インク液滴造成状態
発熱素子１３へのエネルギー供給は、気泡発生直前に停止されるように設定されている。このため、発熱素子１３に一旦エネルギーが供給されると、「（Ｂ）加熱・気泡発生状態」から、次の「（Ｃ）気泡成長・液滴造成状態」に移行するが、この時点では、発熱素子１３へのエネルギー供給は、既に停止している。
このように設定するのは、気泡発生後は、発熱素子１３がインクに接しなくなるので、急速な温度上昇によって発熱素子１３が損傷してしまうことを防止するためである。ただし、発熱素子１３は、余熱によって、かなりの高温となっている。

（Ｃ）気泡成長・インク液滴造成状態において、発生した気泡周辺は、沸点をはるかに超えたインクが取り巻いているので、気泡に接する表面から活発な沸騰が続く。また、インク表面は、急速に膨張するとともに、気化熱によって熱が奪われる。また、２つの発熱素子１３による気泡が成長すると、２つの気泡が互いに接触した時点で合体すると考えられる。さらに、気泡が成長して、気泡内部が大気圧以下になっても、最初の気泡膨張時の慣性力によって、膨張し続ける。

（Ｄ）気泡収縮・インク液滴離脱状態
この状態は、気泡の急激な膨張によって気化熱が奪われ、外気より気圧の下がった気泡が急速に収縮を開始する状態である。気圧の低下によって、内部にインクを引き込もうとする力が働くが、上述した慣性力（インク液滴が飛び出そうとする飛翔力）とが、互いに引き合いとなる。その結果、インク液滴は、図に示すように、飛翔する。

そして、飛翔したインク液滴によって熱が外部に放出されるため、インク液室１２の内部は、温度が下がり気泡が収縮して負圧が大きくなり、その負圧に引かれて流路から新たなインク（飛翔したインク液滴と同量のインク）が流入する。その結果、さらに気泡の収縮が進み、やがては気泡は消滅する。
また、インク液滴の飛翔によって、オリフィス（ノズル１８の吐出面の内縁）に働く表面張力で通常のレベルよりも遙かに下がっているメニスカスは、インクがインク液室１２内部に供給されるに従って徐々に初期状態に戻る。

ところで、以上の説明は、２つの発熱素子１３により同時に気泡が発生した場合であるが、２つの発熱素子１３の気泡発生時刻が異なる場合には、インク液滴の吐出方向が変化することとなる。
図７は、１つの液体吐出部において、発熱素子１３の発熱前の状態から、発熱後、インクが吐出されるまでの様子を順を追って示す断面図である。なお、図７では、図中、右側の発熱素子１３の方が先に気泡を発生させる場合を例に挙げている。

（Ａ）静止状態
この状態は、図６の（Ａ）静止状態と同様であるので、説明を省略する。
（Ｂ）加熱・気泡発生状態
この状態は、まず最初に、図中、右側の発熱素子１３上で気泡が発生し、膜沸騰状態に至る例を挙げている。なお、この状態では、沸騰が始まったばかりであるので、発生した気泡全体の体積は小さく、気泡は発熱素子の表面に張り付いており、その上部のインクに加わる圧力は未だ小さい。

（Ｃ）気泡成長・インク液滴造成状態
図中、右側の発熱素子の気泡は、上記（Ｂ）の状態より成長する。一方、図中、左側の発熱素子１３上でも気泡が発生し、膜沸騰状態となる。そして、２つの発熱素子１３での沸点に達した時間が異なるため、ノズル１８から吐出しようとするインク液滴には、斜め方向（図中、左上方向）の飛翔力が働く。すなわち、図中、右側の発熱素子１３上で発生した気泡の圧力によって、右側の発熱素子１３（の中心）と、ノズル１８の吐出面上のノズル１８の中心とを結ぶ線上のベクトルの力が働くためである。

すなわち、上述の例での２つの発熱素子１３上で同時に気泡が発生するとすれば、インク液滴の飛翔力は、ノズルの中心軸に一致する方向となる。
これに対し、２つの発熱素子１３上での気泡発生時刻が異なる場合には、インク液滴の飛翔力は、ノズル１８の中心軸には一致しない。ノズル１８の中心軸に一致する方向が、インク液滴の飛翔力の主たる成分となるが、この成分とともに、この成分に垂直な方向、すなわちノズル１８の吐出面に平行な方向の成分も有することとなる。

このノズル１８の吐出面に平行な力の成分が、インク液滴を偏向吐出させるための力となる。この力は、インク液滴を吐出する直接の力（ノズル１８の中心軸方向の力）が十分に発達する前の、片側の発熱素子１３上での気泡発生時に発生すると考えられる。

なお、２つの発熱素子１３上での気泡発生時刻が異なるように制御する場合には、実際に時間差を持って、同一エネルギーを発熱素子１３に与えることも可能である。しかし、図５の回路で示したように、２つの発熱素子１３に対して、同時（同時刻）にエネルギーを与えるとともに、かつ、異なるエネルギー面密度のエネルギーを与えることで、２つの発熱素子１３上での（膜沸騰による）気泡発生時刻が異なるように制御することの方が設計上容易であり、好ましいといえる。

ここで、エネルギーの単位は、ジュール（Ｊ）であり、時間当たりのエネルギーの単位は、ワット（Ｗ）であるので、単位面積当たりのエネルギー（エネルギー面密度）の単位は、
Ｊ／ｓｅｃ・ｍ^２ ＝Ｗ／ｍ^２
となる。

以上のように、２つの発熱素子１３上での気泡発生時刻が異なるように制御することで、インク液滴の生成過程において、ノズル１８の吐出面に平行な成分を持つ飛翔力をインク液滴に与えるように制御することができる。
さらに、２つの発熱素子１３に与えるエネルギー面密度の差を変化させることにより、インク液滴の飛翔力のうちノズル１８の吐出面に平行な成分の大きさを変化させることで、インク液滴の着弾位置を変化させる（すなわち、偏向量を変化させる）ように制御することができる。

（Ｄ）気泡成長・合体状態
この状態は、両方の発熱素子１３上の気泡の先端同士が接触し始めた時点で、気泡が合体して１つとなる。また、また、初期のメニスカスに加わった力によって、上記（Ｃ）と同様の力が、ノズル１８から吐出しようとするインク液滴に作用している。

（Ｅ）気泡収縮・インク液滴離脱状態
上記のようにして発熱素子１３に加えられるエネルギーは、短時間（本実施形態では１．５μｓ程度）のため、気泡の成長も短時間で終了する。また、加えられた熱のほとんどは、気化熱とインク液滴とによって持ち去されるため、気泡は、急速に収縮する。さらにまた、上述と同様に、最初に与えられたインク液滴の飛翔力と、気泡収縮時の力とが相反し、インクの一部がインク液滴として分離し、離脱（吐出）する。

（Ｆ）気泡消滅・インク補充状態
ノズル１８から分離されたインク液滴は飛翔する。また、インク液室１２内では、気泡が消滅するとともに、インク液滴が吐出された直後は、極度の負圧となり、流路からインクが補充される。

以上の説明のように、２つの発熱素子１３上の気泡発生時間差によって、インク液滴は、ノズル１８の中心軸からずれて吐出される。
続いて、気泡発生時間差と、インク液滴の吐出方向との関係について説明する。
以上の説明は、図４中、「Ａ領域」での動作を説明するものである。すなわち、２つの発熱素子１３に流す偏向電流（２つの発熱素子１３に与えるエネルギー差）を大きくしていくに従い、偏向量（記録媒体上におけるノズル１８の中心軸との交点とインク液滴の着弾位置との間の、２つの発熱素子１３の並び方向におけるズレ量）が大きくなる（ほぼ比例関係にある）ものであった。

しかし、図４中、Ｂ領域及びＣ領域では、このような関係にはならない。例えばＣ領域は、偏向電流に対する偏向量の変化率が、Ａ領域の約２倍もある。このような挙動を示す理由を以下に説明する。

図８は、発熱素子１３に与えるエネルギー差を、Ａ領域での値より大きくすると、何故逆方向にインク液滴が吐出されるのかを模式的に説明する図である。図８では、左側より右側に順次時間が経過する様子を示しており、力の方向が変わる部分だけを図示している。

（１）時刻１の場合（図４中、Ａ領域での動作）
図８において、時刻１は、上述した図７と同様の気泡発生時間差を有する場合（Ａ領域の場合）であり、右側の発熱素子１３上での気泡発生時刻が、左側の発熱素子１３上での気泡発生時刻より早い場合である。この場合には、気泡が成長するにつれて、メニスカスが図の右側のノズル１８の吐出面より上昇し、同時にそれを平均化するように、表面張力が左方向に働く。そして、ノズル１８の吐出面に平行な左方向の力の成分を有する飛翔力によって、インク液滴が吐出される。
また、ノズル１８の吐出面から突き出たインクは、左右に振動するとともに、そのインクの粘性抵抗によって、徐々に収束する減衰振動をすると考えられる。

（２）時刻２の場合（図４中、Ｃ領域において偏向量が０となる位置での動作）
Ａ領域の場合より発熱素子１３間のエネルギー差が大きいと、後発の気泡は、吐出するほどには発達していない。また、後発の気泡が発達する間にも、先発の気泡によってノズル１８外に押し出されたインクの表面は、移動してバランスが変化する。

（３）時刻３の場合（図４中、Ｃ領域において偏向量が０となる点より右側の領域での動作）
この場合は、前記振動の位相がさらに進み、偏向量が０となる点を過ぎて、反対方向に向かう（図中、右方向のベクトルとなる）時点で、インク液滴が吐出された場合である。

以上のように、図４で示したように、偏向電流の変化に伴う偏向量の変化は、Ａ領域、Ｂ領域、及びＣ領域で異なるようになる。そこで、これらの領域の利用を利用して、偏向量を変化させることができる。
図９は、図４のグラフにおいて、第１の範囲、第２の範囲、及び第３の範囲（それぞれ、１点鎖線で囲んだ範囲）を併せて図示したものである。

図９のグラフ（第１の範囲、第２の範囲及び第３の範囲の全てを含む範囲）では、２つの発熱素子１３のエネルギー面密度の差が０であってインク液滴の飛翔力のうちノズル１８の吐出面に平行な成分が０となる点を原点（図９中、グラフの横軸において、偏向電流＝０（ｍＡ）となる点）として、エネルギー面密度の差の増大に伴ってインク液滴の飛翔力のうちノズル１８の吐出面に平行な成分が増加するとともにピーク値を迎え、その後、ノズル１８の吐出面に平行な成分が減少するように変化している。
そして、「第１の範囲」は、前記原点を中心にエネルギー面密度の差の増大に伴ってインク液滴の飛翔力のうちノズル１８の吐出面に平行な成分が前記ピーク値まで増加する範囲である。

また、「第２の範囲」は、第１の範囲に隣接する範囲であって、２つの発熱素子１３のエネルギー面密度の差の縮小に伴ってインク液滴の飛翔力のうちノズル１８の吐出面に平行な成分が０となる点（図９中、グラフの横軸において、偏向電流＝−１２．５（ｍＡ）付近を通る点）を含む範囲でノズル１８の吐出面に平行な成分が前記ピーク値まで変化する範囲である。

さらにまた、「第３の範囲」は、第１の範囲に隣接するとともに２つの発熱素子１３のエネルギー面密度の差が０である点に対して第２の範囲と対称にある範囲であり、第２の範囲における２つの発熱素子１３に与えるエネルギーの条件を逆転することで得られる関係であって、２つの発熱素子１３のエネルギー面密度の差の増大に伴ってインク液滴の飛翔力のうちノズル１８の吐出面に平行な成分が０となる点（図９中、グラフの横軸において、偏向電流＝＋１２．５（ｍＡ）付近を通る点）を含む範囲でノズル１８の吐出面に平行な成分が前記ピーク値以降変化する範囲である。

これらの３つの範囲のうち、いずれか１つの範囲内で、２つの発熱素子１３に与えるエネルギー面密度の差を変化させることにより、インク液滴の飛翔力のうちノズル１８の吐出面に平行な成分の大きさを変化させるように制御すれば良い。

また、これらの３つの範囲のうち、複数の範囲内で、２つの発熱素子１３に与えるエネルギー面密度の差を変化させることにより、インク液滴の飛翔力のうちノズル１８の吐出面に平行な成分の大きさを変化させるように制御することもできる。
例えば図１０では、第２の範囲のうち偏向量が負となる範囲と、第３の範囲のうち偏向量が正となる範囲との双方（図中、２重破線で示す範囲）を用いて、偏向量を制御する場合を示している。
また、図１１では、第２の範囲のうち偏向量が正となる範囲と、第３の範囲のうち偏向量が負となる範囲との双方（図中、２重破線で示す範囲）を用いて、偏向量を制御する場合を示している。
このように、いずれの範囲を用いて偏向量を制御しても良い。

ただし、上記第１の範囲のみを用いれば、偏向電流の絶対値が小さい範囲で制御できるので（他の２つの範囲に対して、偏向電流の絶対値が、１／２〜１／３と少ない）、消費電力、及びコゲーションの点からみれば、実用上は、第１の範囲を用いることが好ましい。
ただし、サテライト（インク液滴の吐出時に、インク液滴の後方に伸びる尾の部分が、吐出時のインク液滴とは別の小さなインク液滴となってともに吐出されること）特性から見ると、第１の範囲より第２の範囲や第３の範囲の方が、サテライトが少ないこと等が実験上、わかっているので、このような観点から、第２の範囲や第３の範囲を使用する意義がある。

次に、インク液滴吐出時のノズルシート１７の変形について説明する。
ノズルシート１７及びバリア層１６を剛体とみなし、吐出動作によって圧力がかかっても、これら部分の変形量は小さく無視できると考えることもできる。
しかし、実態は、これらの部分には吐出時に極めて高い圧力が発生し、変形を生じることがわかった。図１２は、実際のインク液滴が吐出する瞬間を写真撮影した結果を示す図であり、それぞれ、（Ａ）はインク液滴を左方向に偏向吐出させた場合、（ｂ）は偏向なしの吐出の場合、（Ｃ）はインク液滴を右方向に偏向吐出させた場合を示す。図１２に示すように、インク液滴は、実際の吐出時には、極めて細長い形状になっていることがわかる。なお、インク液滴は、実際には下向きに吐出されるが、図１２では、上向きに吐出されている。図１２に示すように、吐出の瞬間には、ノズルシート１７が少したわむことが観測された。

図１３〜図１５は、吐出に伴う圧力変化によるノズルシート１７、及びバリア層１６の変形を説明する断面図（想定図）である。なお、これらの図において、変形をより分かり易くするために、変形の量を誇張して図示している。図中、点線で示した部分は、変形がない場合のノズルシート１７の位置を示している。

図１３は、中央の液体吐出部の発熱素子１３にエネルギーが与えられ、右側の発熱素子１３上の気泡が急激に成長し始めた時の様子を示す図である。インク液室１２内の右側で激しい圧力変動が生じ、ノズルシート１７及びバリア層１６が左右で異なった量の変形を生じる様子を示している。
この状態ではインク液室１２が膨張するので、本来の状態よりも圧力が下がること、ノズル１８の吐出面が少し傾くことから吐出角が大きくなること、等によって、自身の吐出特性が影響を受けるが、この状態での両側の液体吐出部からのインク液滴の吐出はないので、隣接する液体吐出部への影響はない。

また、このたわみの影響は、ノズルシート１７にニッケル電鋳を用いた本実施形態の場合、ノズルシート１７の厚みが１０μｍ以下になると、このたわみの影響が顕著に出ることが確認された。これは、梁の強度問題と同じ様に、ノズルシート１７の厚みの変化に対して急激にたわみ量が変化することと理解できる。

図１４は、気泡成長が発熱素子１３全体で起きている時の様子を示す図である。
この場合には、ノズルシート１７の両側で同じレベルの変形が起こっていると考えられる。また、インク液室１２全体の容積が増えるので、吐出圧力が若干落ちることが考えられるが、図１３の場合と異なり、ノズル１８の吐出面での変形がノズル１８の中心軸に対して対称に起きるので、インク液滴の吐出方向への影響は少ないと考えられる。

偏向吐出の場合も、偏向なしの吐出の場合も、発熱素子１３が２つのときは、最終的な吐出に至る時点で１つの気泡から押し出されることになると考えて良いが、ノズル１８の吐出面に平行な運動方向は、これまでの説明からも、気泡発生の初期状態で決定されると思われるので、ノズルシート１７の変形が両者に与える影響は異なるといえる。

また、図１５は、気泡収縮から気泡消滅までの間の様子を示す図である。この場合は、インク液室１２内に急速にかつ大きな負圧が発生すると考えられる。この状態では、既にインク液滴はノズル１８を離れて飛翔の段階にあるので、ノズルシート１７の変形は大きいが、吐出角度への影響は無いと考えられる。

以上の説明のように、ノズルシート１７の変形は、インク液滴の吐出に影響を与える。いいかえれば、ノズルシート１７の厚みは、偏向吐出に影響を与えるパラメータの１つになると考えられる。したがって、この点を考慮してノズルシート１７の厚みを決定することが好ましい。

次に、液体吐出部の具体的形状について説明する。
図１６は、ノズルシート１７、ノズル１８の開口径、バリア層１６等の形状を説明する断面図である。図１６において、ノズルシート１７の厚み（高さ）をＮ、バリア層１６の厚み（高さ）をＫ、インク液室１２の高さ（発熱素子１３の表面からノズル１８の吐出面までの高さ）をＨとする。したがって、Ｎ＋Ｋ＝Ｈとなる。

また、ノズル１８の開口径をＤｘとする。ここで、ノズル１８の開口径Ｄｘとは、ノズル１８の吐出面（表面）における開口径であって、２つの発熱素子１３の並び方向（後述の中心間距離Ｂと同一方向）に測定した開口径を指す。このように定義したのは、後述するように、ノズル１８の開口径のうち、２つの発熱素子１３の並び方向の開口径（Ｄｘ）と、２つの発熱素子１３の並び方向に垂直な方向の開口径（Ｄｙ）とで異なる場合があるためである。すなわち、ノズル１８の開口形状が円の場合に限らず、楕円や長円の場合もあり得るためである。
なお、「長円」とは、本明細書では、楕円とは異なり、いわゆる小判形の形状を意味し、少なくとも一部に直線を含むものである。

さらにまた、２つの発熱素子１３の中心間距離をＢとし、ノズルシート１７におけるノズル１８のテーパー角（ノズル１８の内面と、ノズル１７の中心軸に平行な線とのなす角）をθとする。

以上において、Ｘ＝Ｄｘ／Ｈとし、記録媒体のインク液滴の着弾面とインク液滴の吐出面との間の垂直距離が１．５（ｍｍ）のときの偏向量をＹとしたとき、
（式２）Ｙ＝ａＫ（Ｘ−０．５）；ａは、任意の定数
の実験式を得た（この実験式の根拠については、後述する）。
図１７は、式２において、ａ＝１２．５とし、Ｋ＝１で規準化したときの実験データと、上記式との相関性をグラフにして示す図である。

図１７において、例えばＸ（＝Ｄｘ／Ｈ）＝０．９であるときのＹの値は、５となるので、バリア層１６の厚みＫを１０（μｍ）に取れば、同一条件（記録媒体のインク液滴の着弾面とインク液滴の吐出面との間の垂直距離が１．５（ｍｍ））では、偏向量Ｙは、
５×１０＝５０（μｍ）
となる。
また、図１７の実験データからは、Ｘ（＝Ｄｘ／Ｈ）＝０．５であるときの偏向量Ｙは、０となることがわかった。

以上の式２をふまえて、インク液滴の偏向吐出の最適化、すなわち偏向量Ｙを大きくとることができる条件について説明する。
図１８は、インク液室１２の高さＨ（＝Ｎ＋Ｋ）を一定値の２５μｍとし、ノズル１８の開口径Ｄｘ及びノズルシート１７の厚みＮを変化させたときに、偏向量Ｙがどのように変化するかを示すものである。図１８では、式２中、ａ＝１２．５としている。この図１８は、図１７を実際の具体的な数値で表したものとなる。

図１８では、図１７と同様に、Ｄｘ＝１２．５（μｍ）のときに、偏向量Ｙが０（偏向感度が０）になる特異点が存在する。図１８より、開口径Ｄｘの増大とともに偏向量Ｙが増大していることが理解できる。

また、図１９は、開口径Ｄｘを一定（１９（μｍ））とし、ノズルシート１７の厚みＮ及びバリア層１６の厚みＫを変化させたときの偏向量Ｙを示すものである。
図１９の特性からわかることは、開口径Ｄｘが一定のときは、ノズルシート１７の厚みＮに対して偏向量Ｙを最大にするＫの値が存在する、ということである。
そして、偏向量Ｙを最大にするためには、着目する変数で偏向量Ｙの偏微分をとり、その値が０になる条件を求めれば良い。

したがって、
（式３）∂Ｙ／∂Ｋ＝ａ（Ｄｘ／（Ｎ＋Ｋ）−０．５）−ａＫＤｘ／（Ｎ＋Ｋ）^２ ＝０
と置いて、Ｋについて整理すると、
（式４）Ｋ＝−Ｎ±√（２ＮＤｘ）
を得る。

ここで、Ｋは、正の値であるので、根号が正の値をとれば、式４は、
（式５）Ｋ＝−Ｎ＋√（２ＮＤｘ）
となる。この式５が、図１９での変曲点を与える条件となる。式５を式２に代入したときの偏向量Ｙの値を、Ｙmax とすると、
（式６）Ｙmax ＝ａ／２×（√（２Ｄｘ）−√（Ｎ））^２
を得ることができる。
図２０は、式５を示す図であり、図２１は、式６を示す図である。図２０及び図２１では、ノズルシート１７の厚みＮの各点において得られるＹmax を結んだものである。

上述の図１８〜図２１は、偏向特性を決定する３つの主要なパラメータである（１）開口径Ｄｘ、（２）バリア層１６の厚みＫ、及び（３）ノズルシート１７の厚みＮを、２次元のグラフで順次表したものである。これに対し、図２２は、上記３つの主要パラメータを３次元の立体で表した図である。なお、図２２では、開口径Ｄｘ＝２０（μｍ）に設定されており、図２１よりノズルシート１７の厚みＮの範囲が狭く表示されている。

以上の考察より、液体吐出部の具体的形状は、以下のように設計することが好ましい。
先ず、１つのインク液室１２内の２つの発熱素子１３は、同一表面形状及び同一発熱特性を有する２つの気泡発生領域が並べて配置されていることが重要である。
また、１つのインク液室１２内に設けられた２つの発熱素子１３（２つの気泡発生領域）は、ノズル１８の中心軸を通りノズル１８の吐出面に垂直な面に対して対称に配置されるとともに、インク液室１２及びノズル１８は、前記面に対して対称形状となるように形成されていることが好ましい。

このように形成することで、偏向特性を、偏向量Ｙが０となる点を中心として左右対称の関係とすることができる。さらにまた、２つの発熱素子１３に与えるエネルギー量を逆にした場合には、偏向量Ｙがそれまでとはミラー対称の関係となるように、ノズル１８の中心軸に対して、ノズル１８、インク液室１２、及び発熱素子１３の形状や、２つの発熱素子１３の配置等を、略面対称にすることが好ましい。

また、１つのインク液室１２内に設けられた２つの発熱素子１３の中心をその２つの発熱素子１３の並び方向に結ぶ中心間距離Ｂと、インク液室１２内の２つの発熱素子１３の並び方向におけるノズル１８の吐出面の開口径Ｄｘとの関係が、
（式７）Ｄｘ＞Ｂ
であり、さらに、ノズルシート１７の厚みＮと、中心間距離Ｂとの関係が、
（式８）Ｎ＜２×Ｂ
であることが好ましい。

この根拠は、式７の関係は図１８に示されるように、式８の関係は図２１に示されるように、式７及び式８の２つの関係が満足される領域では、十分意味のある偏向量Ｙを確保することができるからである。

なお、式７及び式８では、中心間距離Ｂを基準としている。この理由の１つは、偏向方向が常に発熱素子１３の並び方向であればノズル１８の配列ピッチを基準にとることも可能であるが、目的によってはノズル１８の配列方向でなく、その方向に垂直な方向に偏向させる場合も想定することができるからである。また、他の理由は、後述するように、ノズル１８の開口径Ｄｘは、２つの発熱素子１３の並び方向（偏向方向）における径としたときに、式２に最も良く当てはまることが確認されたからである。

さらにまた、インク液室１２内の２つの発熱素子１３の並び方向におけるノズル１８の吐出面の開口径Ｄｘと、インク液室１２内の２つの発熱素子１３の並び方向に垂直な方向におけるノズル１８の吐出面の開口径（この開口径を、以後、Ｄｙとする）との関係が、
（式９）Ｄｘ＞Ｄｙ
であることが好ましい。

図２３は、ノズルの開口径Ｄｘと、Ｄｙ（Ｄy1、Ｄy2、Ｄy3）との関係を示す平面図及び断面図である。
式９のように定義したのは、ノズル１８の開口形状としては円形が一般的であるが、必ずしも円形である必要はなく、ノズル１８の並び方向における開口径Ｄｘが一定であれば、偏向量Ｙもほぼ一定量が確保されるからである。

すなわち、Ｄｘの値が一定であれば、Ｄｙの値が多少変化しても、偏向特性はあまり影響を受けないことがわかったので（後述する実施例参照）、インクジェットプリンタ等では、画質向上のために、吐出するインク液滴量を比較的少なくして、偏向量Ｙだけを確保したいという要求があるので、Ｄｘを大きく取り、Ｄｙを抑えた開口形状とすれば、この目的を達成することができる。

また、ノズル１８の開口形状は、円、又は楕円に限らず、長円や、基本形状を正方形や長方形等の多角形とし、必要に応じて必要な量だけ角部に丸みを付けたものであっても良い。
なお、図２３では、Ｄｘの値が同一である３つの形状（円（Ｄy1）、楕円（Ｄy2）、長円（Ｄy3））の例を示している。

上述したように、最大の偏向量Ｙを決定するための３つの主要なパラメータは、ノズル１８の開口径Ｄｘ、バリア層１６の厚みＫ、及びノズルシート１７の厚みＮである。ここで、最大の偏向量Ｙとは、同時に２つの発熱素子１３にエネルギーを与えるとともに、２つの発熱素子１３上での膜沸騰による気泡発生時刻が異なるように２つの発熱素子１３に異なるエネルギー面密度のエネルギーを与え、電気的には最大の条件で偏向吐出を行ったときに得られる偏向量Ｙを意味する。

上述の図１８〜図２２からわかるように、偏向量Ｙは、開口径Ｄｘを大きくするほど、また、ノズルシート１７の厚みＮを薄くするほど増大する、すなわち単調増加（開口径Ｄｘに対して）、又は単調減少（ノズルシート１７の厚みＮに対して）関数であるが、バリア層１６の厚みＫに関しては単調増加又は単調減少関数とはならず、与えられたＤｘとＮに対して、偏向量Ｙを最大にする特定のＫの値（Ｋopt ）が存在する。

なお、理想としては、Ｋ＝Ｋopt であるが、Ｋの値がＫopt に対して少しずれた値であっても、インクジェットプリンタ等で要求される偏向量がさほど大きくないものであれば、必ずしもＫ＝Ｋopt でなくても良い。

以上説明した、偏向量Ｙを決定する３つの主要パラメータＤｘ、Ｎ、及びＫについての数値の選択基準についてまとめると、以下のようになる。
（１）開口径Ｄｘ
偏向量Ｙをできるだけ大きく取るためには、開口径Ｄｘは、大きい方が有利である。ただし、単純に大きくしてしまうと、それだけ、記録媒体に形成されるドット径が大きくなってしまうので、インクジェットプリンタの場合には、画質劣化（ざらつき感の増大、ドット配列の不揃い等）の原因となる。このため、開口径Ｄｙ（Ｄｘに垂直な方向の開口径）を小さくとり、ノズル１８の開口面積が大きくならないようにすることが好ましい。

（２）ノズルシート１７の厚みＮ
インク液滴の吐出時の圧力変動に耐えることができる強度（剛性）を確保することができれば、厚みＮを薄くするほど偏向量Ｙを大きくすることができる。ただし、厚みＮは、材料の物理的特性と液体吐出部の構造により、ほぼ一義的に決定される。
一方、偏向吐出を行わない液体吐出部であれば、厚みＮを厚くすることで、インク液滴を、より真っ直ぐに吐出することができる。

（３）バリア層１６の厚みＫ
上述したように、バリア層Ｋの厚みには最適値が存在する。Ｋの値として、式５又はＫopt の値に近い値を取ることにより、偏向量Ｙの値を最大にすることができる。

（４）偏向量Ｙの特異点
上述したように、偏向量Ｙには特異点が存在する。この点では、インク液滴がほとんど偏向吐出されないことを意味する。この特異点の利用方法としては、Ｄｘについては、偏向量Ｙを大きく取ることができる値にするとともに、Ｄｙについては、特異点付近に設定することによって、Ｄｙの方向（発熱素子１３の並び方向に垂直な方向）に対しては、インク液滴がほとんど偏向されないように設定することも可能である。

さらに、ノズル１８の形状に関することとして、（発熱素子１３の並び方向における）ノズル１８の吐出面の開口径Ｄｘと、ノズル１８の発熱素子１３側の開口径Ｄｘ’との関係が、
Ｄｘ＜Ｄｘ’
であることが好ましい。

例えば、ノズル１８の内面をテーパー面とした場合に、図１６中、テーパー角θが負となると（すなわち、この場合には、Ｄｘ＞Ｄｘ’となる。）、ノズル１８の発熱素子１３側で受ける外乱が大きくなり、偏向量Ｙや偏向特性に影響を与えてしまう。そのために、Ｄｘ＜Ｄｘ’とすることが好ましい。
なお、ノズル１８の内側（空間の）形状は、円錐台形状（台形を、上下方向の中心軸で回転させたときに形成される形状）のように、ノズル１８の内側形状を断面図で見たときに側壁面が直線である場合の他、図２に示すように、曲線であっても良い。
例えば、ノズル１８の内壁面を、テーパー面に形成する場合には、ノズル１８の開口径Ｄｘが発熱素子１３側に向かうに従って大きくなるテーパー面とすれば良い。

続いて、ヘッド１１の好ましい構成について説明する。
先ず、２つの発熱素子１３の並び方向に、複数の同一形状の液体吐出部が配列されているのは図１に示した通りであるが、ここで、両端に位置するノズル１８の外側には、さらにノズルシート１７が延長されているとともに、インク液滴の吐出を行わない液体吐出部が設けることが好ましい。なお、この液体吐出部は、発熱素子１３はなくても良いが、少なくともノズル１８（ノズルシート１７）と、インク液室１２（バリア層１６）とが設けられているものである。

上述したように、インク液滴の吐出時には、ノズルシート１７が変形するが、両側に液体吐出部が設けられている液体吐出部からのインク液滴の吐出時と、端部に位置する（一方側には液体吐出部がない）液体吐出部からのインク液滴の吐出時とでは、吐出特性が異なってしまう。その吐出特性の変化が無視できる程度に小さい（ほとんど影響を与えない）場合には良いのであるが、より高精度な吐出特性を求めるときには、ヘッド１１の両側には、ダミーの液体吐出部（インク液滴を吐出しない液体吐出部）を設けて、インク液滴を吐出する液体吐出部の両側には常に液体吐出部が存在するものとし、インク液滴の吐出時には、その液体吐出部の両側のノズルシート１７が弾性変形するようにして、その変形のバランスをとることが好ましい。

また、ヘッド１１における複数の全てのノズル１８は、一方向（特に本実施形態では、直線状）に配置され、複数の全てのノズル１８の吐出面は、同一平面に位置するように配置されていることが好ましい。
ノズル１８が一方向に配置されることで、ノズル１８の並び方向におけるインク液滴の着弾ピッチを正確なものにすることができる。

なお、ノズル１８の配列は、一方向であれば、必ずしも直線状でなくても良い。本件出願人は、未開示の先願技術である特願２００３−３８３２３２を既に提案しているが、この技術は、「複数の液体吐出部（ノズル）が一定のピッチＰで配列されており、その複数の液体吐出部のうち、隣り合う液体吐出部のノズルの中心は、複数の液体吐出部の配列方向に垂直な方向に間隔Ｘ（Ｘは、０より大きい実数）を隔てて配置されている」ものである。いいかえれば、液体吐出部（ノズル）が千鳥状に配列されたものである。

この技術により、インク液滴の吐出に伴う圧力変動によるノズル１８及びその周辺領域の変形量が少なくなり、インク液滴の吐出量及び吐出方向を安定させることができる。したがって、偏向吐出時には、ノズルシート１７の厚みを薄くした方が有利であるので、上記技術を用いることで、ノズルシート１７の厚みを薄くしても、インク液滴の吐出時のノズル１８の周辺領域のたわみを抑制し、安定かつ高品位なインク液滴の吐出ができるようになる。

また、ノズル１８の吐出面を同一平面に配置することで、偏向吐出時のインク液滴の着弾位置精度をより正確なものにすることができる。
例えば、複数のノズル１８の吐出面が同一平面にない場合には、ノズル１８の吐出面と記録媒体との間の距離がノズル１８間で異なることとなる。
この場合に、インク液滴の偏向吐出を行うと、着弾位置が異なってしまう。したがって、特に偏向吐出を行う場合には、ノズル１８の吐出面が複数のノズル１８間で同一平面にあるように配置すること（ノズル１８が形成されたノズルシート１７の表面にゆがみが無く、高い平面度を有すること）が好ましい。

次に、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
図２４は、液体吐出部の具体的形状（寸法）を示す断面図である。また、図２５は、１つの液体吐出部内の２つの発熱素子１３を示す平面図である。
図２４に示すように、ノズル１８の直径Ｄを１５μｍとした。ここで、実施例１では、ノズル１８の開口形状を円形としたため、直径Ｄ（＝Ｄｘ＝Ｄｙ）を用いた。

また、ノズルシート１７の厚みＮを１２μｍ、バリア層１６の厚みＫを１２μｍとした。したがって、Ｋ＋Ｎ＝２４μｍとなる。さらにまた、バリア層１６内における発熱素子１３の並び方向の長さを２４μｍとした。
さらに、図２５に示すように、発熱素子１３の気泡発生領域（発熱領域）を２０×２０μｍの正方形状とし、２つの気泡発生領域の間隙（スリット幅）を０．８μｍとした。

なお、上述の説明では、１つの液体吐出部内に設けられた２つの発熱素子１３を、「２分割された」と述べたが、実際には１つの（物理的に分離していない）発熱素子１３を、図２５に示すような略逆Ｕ形に形成するとともに、その両端部、及びその中央上部の変曲部分の計３箇所に電極を設けて、２つの並設した気泡発生領域（発熱領域）を形成したものである。このように、「２つの発熱素子１３」は、完全に物理的に分離している必要はなく、設計上は、図２５に示す形状の方が製作しやすい。

また、２つの気泡発生領域は、同一の表面形状、及び同一の発熱特性を有するように設定する。なお、発熱素子１３には、タンタルをスパッタリングにより形成したものを用い、抵抗値は、１つの気泡発生領域で約７５オームであり、２つの気泡発生領域を直列に接続して約１５０オームとした。
さらにまた、図２５では、ノズル１８の位置を破線にて示しているが、２つの気泡発生領域は、ノズル１８の中心（軸）に対して対称になるように配置される。

図２６は、偏向量Ｙの定義を説明する図である。実際のインク液滴の吐出角度は、ノズル１８の中心軸に対して、せいぜい３〜４度程度であるので、これを正確に測定することは困難である。そこで、インク液滴を偏向させずに（ノズル１８の中心軸と一致する方向）に吐出したときのインク液滴の着弾位置に対する、インク液滴を偏向吐出したときの着弾位置を、図２６中、偏向量Ｙとして測定した（なお、ノズル１８の吐出面から記録媒体までの垂直距離を約１．５ｍｍとした。）。

（実施例２）
図２７は、実施例２におけるヘッドの具体的構造を示す断面図である。図２７に示すように、実験では、半導体チップ上に直接、フォトリソグラフィー技術を用いてノズル１８を形成するＯＣＮ（オン・チップ・ノズル）構造のノズル群を形成し、同一チップ上に様々なパラメーターを持ったノズルを試作した。
なお、ＯＣＮ構造を用いた理由としては、第１に、ノズル１８が透明なアクリル等で形成できるので、ノズル１８の内部で生じている現象が視覚的に観測できること、及び第２に、多様なノズル１８を正確に作れることで、変化させる必要があるパラメーター以外はできるだけ他の条件のノズルと同一条件を保ち、実験で得られる数値の信頼性を上げること、である。

（実施例３）
実施例１では、開口形状が円形であるノズル１８を用いたが、実施例３では、ノズル１８の開口形状が円以外の楕円や長円とし（Ｄｘ≠Ｄｙ）、開口径Ｄｘ及びＤｙを変化させた。
なお、実施例３では、ノズル１８の開口形状以外のパラメータは、全て同一とした。

図２８は、１２個の実験結果と、評価項とを表にして示す図である。ここでは、偏向量Ｙに大きく影響を与えると考えられる３つのパラメーター（Ｄ（＝Ｄｘ＝Ｄｙ）：ノズル１８の直径、Ｋ：バリア層１６の厚み、Ｎ：ノズルシート１７の厚み）を適当に選択し、実測をした。また、偏向量Ｙの測定は、図２６に示した通りである。さらに、評価項１〜５は、相関関係を見るための試算である。
また、図２９は、図２８と同様に、実験結果と評価項とを表にして示す図であって、ノズル１８の開口形状が円と長円とについて示すものである。図２９では、ノズル１８の開口形状の相違でどのように変化するかを見るために、ノズル１８の形状以外のパラメータは、同一条件としている。

さらにまた、図３０は、図２８の結果をグラフで示したものである。図３０の８つのグラフでは、いずれのドットも全て同じ実験結果に基づいたものであり、単に、その結果の評価方法を変えただけである。図３０において、縦の列の４つのグラフ（１、３、５、７）は、偏向量Ｙに関する評価操作をしており、横の列の２つのグラフ（２、４、６、８）は、ノズル１８の直径Ｄに関する評価操作をしている。
図３０のグラフでは、「１」が相関がきわめて良いことを表しており、「８」が次に続く高い相関を表していることがわかる。

なお、図３０中、「８」のグラフの式を、式２の場合に準じて書くと、
（式１２）Ｙ＝ｂ（Ｄｘ−Ｎ）；ｂは、式２におけるａの１／２に相当する定数
という形となる。
通常の実用的なインク液室１２の構造では、ＫとＮとの値がかなり近い値となるので、Ｋ≒Ｎと考えて良い。したがって、この条件を式２に代入すると、
（式１３）Ｙ＝ａＫ（Ｘ−０．５）＝ａＮ（Ｄｘ／（２Ｎ）−０．５）＝ａ（Ｄｘ−Ｎ）／２＝ｂ（Ｄｘ−Ｎ）
となり、式１２に等しくなる。

また、図３１は、図２９の結果をグラフで示したものであって、ノズル１８の開口形状が円の場合（Ｄｘ＝Ｄｙ）と、長円の場合（Ｄｘ≠Ｄｙ）であっても、特定の範囲内であれば、相関の変化がないことをグラフで示したものである。なお、図３１では、図３０中、「１」と「８」の組合せを用いている。
図３１の結果から、ノズル１８の開口形状が変わっても、偏向量Ｙは、ほとんどＤｘの値のみによって決まることがわかる。

次に、ノズル１８の開口形状と、ドット径の変化について説明する。
図３２は、実施例３の実験結果から、複数種類のノズル１８の開口径Ｄｘ及びＤｙ、並びにノズル１８の開口面積（Ｓ）と、（記録媒体に記録された）ドット径φとを示すものである。また、図３３は、吐出されるインク液滴量はドット径φと一対一に対応するものとして、φ：Ｓをグラフ化した図である。

図３３より、（最大）偏向量Ｙは、発熱素子１３の並び方向におけるノズル１８の開口径Ｄｘについては、かなり忠実に比例関係を示す。一方、ドット径φ、すなわち吐出されるインク液滴量に関しては、ほとんどノズル１８の開口面積Ｓだけで決まることがわかる。
上記のことは、円形のノズル１８の開口形状のみを考えれば、最大の偏向量Ｙが決定されれば必然的にドット径φも決まってしまう。これに対し、開口径Ｄｘだけを同一にした楕円や長円（それに準ずる形状を含む）を選択し、開口面積Ｓを適当に選択することにより、ドット径φを、ある範囲内で選択することが可能であることを意味している。

また、図３３中、「飽和領域」とした領域は、開口面積Ｓが増大しているにもかかわらず、ドット径φが変化しなくなる（増大しなくなる）領域である。これは、液体吐出部の構造上、発熱素子１３の表面積とインク液室１２の容積が、一度に吐出に関与するインク液滴量を決めるため、吐出されるインク液滴の体積がこの量に近づくにつれて、ドット径φも開口面積Ｓに関係なく、一定値に収束するためである。

以上の実施例についてまとめると、以下のことがいえる。
（１）偏向量Ｙは、ノズル１８の開口径、特に、発熱素子１３の並び方向における開口径Ｄｘに比例する。
（２）インク液室の高さＨ（＝Ｋ＋Ｎ）を一定にしたとき、偏向量Ｙは、バリア層１６の厚みＫに比例する。
（３）偏向量Ｙは、インク液室の高さＨに反比例する。

（４）偏向量Ｙは、Ｄ：Ｈ＝１：２の点を起点として、Ｄ／Ｈの変化に対して直線的に変化する。
（５）実施例２のパラメータの変化範囲では、ノズルシート１７の厚みＮは、インク液室の高さＨが一定であれば偏向特性にはほとんど影響を与えない。
これらのことから、上述した式２が導かれる。

本発明による液体吐出装置を適用したインクジェットプリンタのヘッドを示す分解斜視図である。 液体吐出部における発熱素子の配置をより詳細に示す平面図及び側面の断面図である。 インク液滴の吐出方向の偏向を説明する図である。 ２分割した発熱素子のインクの気泡発生時間差（偏向電流）と、インク液滴の着弾位置での偏向量との関係を示す実測値データである。 インク液滴の吐出方向を偏向する手段を具体化した回路図である。 １つの液体吐出部において、発熱素子の発熱前の状態から、発熱後、インク液滴が吐出されるまでの様子を順を追って示す断面図である。 １つの液体吐出部において、発熱素子の発熱前の状態から、発熱後、インクが吐出されるまでの様子を順を追って示す断面図である。 発熱素子に与えるエネルギー差を、Ａ領域での値より大きくすると、何故逆方向にインク液滴が吐出されるのかを模式的に説明する図である。 図４のグラフにおいて、第１の範囲、第２の範囲、及び第３の範囲を併せて図示したものである。 第２の範囲のうち偏向量が負となる範囲と、第３の範囲のうち偏向量が正となる範囲との双方を用いて、偏向量を制御する場合を示す図である。 第２の範囲のうち偏向量が正となる範囲と、第３の範囲のうち偏向量が負となる範囲との双方を用いて、偏向量を制御する場合を示す図である。 実際のインク液滴が吐出する瞬間を写真撮影した結果を示す図である。 中央の液体吐出部の発熱素子にエネルギーが与えられ、右側の発熱素子上の気泡が急激に成長し始めた時の様子を示す図である。 気泡成長が発熱素子全体で起きている時の様子を示す図である。 気泡収縮から気泡消滅までの間の様子を示す図である。 ノズルシート、ノズルの直径、及びバリア層等の形状を説明する断面図である。 式２において、ａ＝１２．５とし、Ｋ＝１で規準化したときの実験データと、上記式との相関性をグラフにして示す図である。 インク液室の高さを一定値とし、ノズルの開口径及びノズルシートの厚みを変化させたときに、偏向量がどのように変化するかを示すものである。 ノズルの開口径を一定とし、ノズルシートの厚み及びバリア層の厚みを変化させたときの偏向量を示すものである。 式５を示す図である。 式６を示す図である。 ３つの主要パラメータを３次元の立体で表した図である。 ノズルの開口径を示す平面図及び断面図である。 液体吐出部の具体的形状（寸法）を示す断面図である。 １つの液体吐出部内の２つの発熱素子を示す平面図である。 偏向量の定義を説明する図である。 実施例２におけるヘッドの具体的構造を示す断面図である。 １２個の実験結果と、評価項とを表にして示す図である。 実験結果と評価項とを表にして示す図であって、ノズルの開口形状が円と長円とについて示すものである。 図２８の結果をグラフで示したものである。 図２９の結果をグラフで示したものであって、ノズルの開口形状が円の場合と長円の場合とで、特定の範囲内であれば、相関の変化がないことをグラフで示したものである。 実施例３の実験結果から、複数種類のノズルの開口径、及びノズルの開口面積と、ドット径とを示すものである。 ドット径：ノズルの開口面積をグラフ化した図である。 従来のラインヘッドを示す平面図である。 図３４のラインヘッドでの印画状態を示す断面図及び平面図である。

符号の説明

１１ ヘッド
１２ インク液室
１３ 発熱素子
１４ 基板部材
１５ 半導体基板
１６ バリア層
１７ ノズルシート
１８ ノズル
Ｂ ２つの発熱素子の中心間距離
Ｄ ノズルの直径
Ｄｘ 発熱素子の並び方向におけるノズルの開口径
Ｄｙ 発熱素子の並び方向に垂直な方向におけるノズルの開口径
Ｈ インク液室の高さ（発熱素子の表面からノズルの吐出面までの高さ）
Ｋ バリア層の厚み
Ｎ ノズルシートの厚み
Ｙ 偏向量
θ ノズルのテーパー角

Claims (9)

1. 吐出すべき液体を収容する液室と、
   前記液室内に設けられた発熱素子と、
   前記液室内から液滴を吐出させるためのノズルを形成したノズル形成部材と
   を備え、
   前記発熱素子に加熱のためのエネルギーを与え、前記発熱素子上で膜沸騰による気泡を発生させ、その気泡の発生によって前記液室内の液体に飛翔力を与えるとともに、気泡発生後の収縮による圧力変化によって、前記液室内の液体の一部を液滴として分離させて前記ノズルから吐出させ、
   １つの前記液室内に設けられた前記発熱素子は、同一表面形状及び同一発熱特性を有する２つの気泡発生領域が並べて配置されたものであり、
   ２つの前記気泡発生領域に対して、エネルギーを同時に与えるとともに、２つの前記気泡発生領域上での膜沸騰による気泡発生時刻が異なるように２つの前記気泡発生領域に異なるエネルギー面密度のエネルギーを与えることにより、液滴の生成過程において、前記ノズルの吐出面に平行な成分を持つ飛翔力を液滴に与えるように制御し、
   さらに、
   ２つの前記気泡発生領域のエネルギー面密度の差が０であって液滴の飛翔力のうち前記ノズルの吐出面に平行な成分が０となる点を原点として、エネルギー面密度の差の増大に伴って液滴の飛翔力のうち前記ノズルの吐出面に平行な成分が増加するとともにピーク値を迎え、その後、前記ノズルの吐出面に平行な成分が減少するように変化する範囲内であって、
   前記原点を中心にエネルギー面密度の差の増大に伴って液滴の飛翔力のうち前記ノズルの吐出面に平行な成分が前記ピーク値まで増加する第１の範囲、
   前記第１の範囲に隣接する範囲であって、２つの前記気泡発生領域のエネルギー面密度の差の縮小に伴って液滴の飛翔力のうち前記ノズルの吐出面に平行な成分が０となる点を含む範囲で前記ノズルの吐出面に平行な成分が前記ピーク値まで変化する第２の範囲、
   前記第１の範囲に隣接するとともに２つの前記気泡発生領域のエネルギー面密度の差が０である点に対して前記第２の範囲と対称にある範囲であり、前記第２の範囲における２つの前記気泡発生領域に与えるエネルギーの条件を逆転することで得られる関係であって、２つの前記気泡発生領域のエネルギー面密度の差の増大に伴って液滴の飛翔力のうち前記ノズルの吐出面に平行な成分が０となる点を含む範囲で前記ノズルの吐出面に平行な成分が前記ピーク値以降変化する第３の範囲、
   のうち、いずれか１つの範囲内又は複数の範囲内で、２つの前記気泡発生領域に与えるエネルギー面密度の差を変化させることにより、液滴の飛翔力のうち前記ノズルの吐出面に平行な成分の大きさを変化させるように制御する
   液体吐出装置。
2. 請求項１に記載の液体吐出装置において、
   １つの前記液室内に設けられた前記発熱素子の２つの前記気泡発生領域は、前記ノズルの中心軸を通り前記ノズルの吐出面に垂直な面に対して対称に配置されるとともに、
   前記液室及び前記ノズルは、前記面に対して対称形状となるように形成されている
   液体吐出装置。
3. 請求項１に記載の液体吐出装置において、
   １つの前記液室内に設けられた前記発熱素子の２つの前記気泡発生領域の中心をその２つの前記気泡発生領域の並び方向に結ぶ中心間距離Ｂと、前記液室内の２つの前記気泡発生領域の並び方向における前記ノズルの吐出面の開口径Ｄｘとの関係が、
   Ｄｘ＞Ｂ
   であり、
   さらに、
   前記ノズル形成部材の厚みＮと、前記中心間距離Ｂとの関係が、
   Ｎ＜２×Ｂ
   である
   液体吐出装置。
4. 請求項１に記載の液体吐出装置において、
   前記液室内の２つの前記気泡発生領域の並び方向における前記ノズルの吐出面の開口径Ｄｘと、前記液室内の２つの前記気泡発生領域の並び方向に垂直な方向における前記ノズルの吐出面の開口径Ｄｙとの関係が、
   Ｄｘ＞Ｄｙ
   である
   液体吐出装置。
5. 請求項１に記載の液体吐出装置において、
   前記液室内の２つの前記気泡発生領域の並び方向における前記ノズルの吐出面の開口径Ｄｘと、前記液室内の２つの前記気泡発生領域の並び方向における前記ノズルの前記発熱素子側の面の開口径Ｄｘ’との関係が、
   Ｄｘ＜Ｄｘ’
   である
   液体吐出装置。
6. 請求項１に記載の液体吐出装置において、
   前記ノズルの内壁面は、前記ノズルの開口径が前記ノズルの吐出面から前記発熱素子側に向かうに従って大きくなるように形成されたテーパー面である
   液体吐出装置。
7. 請求項１に記載の液体吐出装置において、
   １つの前記液室内の前記発熱素子における２つの前記気泡発生領域の並び方向に、複数の同一形状の前記液室、前記発熱素子、及び前記ノズルが配列されている
   液体吐出装置。
8. 請求項１に記載の液体吐出装置において、
   １つの前記液室内の前記発熱素子における２つの前記気泡発生領域の並び方向に、複数の同一形状の前記液室、前記発熱素子、及び前記ノズルが配列されており、
   両端に位置する前記ノズルの外側には、さらに前記ノズル形成部材が延長されているとともに、液体の吐出を行わない前記ノズル及び前記液室が設けられている
   液体吐出装置。
9. 請求項１に記載の液体吐出装置において、
   １つの前記液室内の前記発熱素子における２つの前記気泡発生領域の並び方向に、複数の同一形状の前記液室、前記発熱素子、及び前記ノズルが配列されており、
   複数の全ての前記ノズルは、一方向に配置され、
   複数の全ての前記ノズルの吐出面は、同一平面に位置するように配置されている
   液体吐出装置。