JP4161881B2 - 液体吐出方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェットプリンタのプリンタヘッド等に適用される液体吐出ヘッドを用いて液体を吐出する液体吐出方法に関する。詳しくは、液体の吐出時のノズル形成部材の変形を抑える技術に係るものである。

従来より、液体吐出装置の液体吐出ヘッドの一例として、インクジェットプリンタのプリンタヘッドが知られている。図１１は、サーマル方式のプリンタヘッド（以下、単に「ヘッド」という。）１を分解して示す斜視図である。

図１１において、ヘッド１の半導体基板１５の図１１中、上面には、発熱素子（例えば発熱抵抗体）１３が設けられている。また、半導体基板１５上には、インク液室１２を形成するバリア層１６が設けられ、さらにその上部に複数のノズル１８（中心軸線に沿って切断したときの断面が略台形状をなす貫通穴）が形成されたノズルシート１７が積層されている。各ノズル１８は、その中心軸線がその真下に位置する発熱素子１３の中心を通るように、ノズル１８と発熱素子１３とが配置されている。

そして、発熱素子１３を設けた半導体基板１５、バリア層１６、ノズル１８が形成されたノズルシート１７とによって、インク液室１２が形成されている。
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、「液体吐出部」と称する。すなわち、ヘッド１は、複数の液体吐出部を並設したものである（後述する本実施形態のヘッド１１についても同様である）。

図１１において、各ノズル１８の中心は、ノズル１８の配列方向において一直線上に配置されている。したがって、各発熱素子１３の中心もまた、一直線上に位置するように配列されている。このように、ノズル１８（及び発熱素子１３）を一直線上に配列する理由としては、ノズル１８の製作技術から見て、一直線に配列することが特に困難ではなく、また、ノズルシート１７の真下に位置する発熱素子１３についても、一直線上に配列した方が容易だからと考えられる。
これに対し、ノズル１８の配列を、故意にずらす（一直線上に配列させない）方法も知られている（例えば、特許文献１参照）。
米国特許第４８１２８５９号明細書

図１２は、ノズル１８列と、そのノズル１８列により形成されたドットとを示す平面図である。左側及び右側の図において、上側は、ノズル１８の配列状態を示しており、下側は、形成されたドットの並びを図示している。
ここで、図１２中、左側の図におけるノズルＡ１〜Ａ４及びＢ１〜Ｂ４は、図１１と同様に、一直線上に配列されたものを示し、右側の図におけるノズルＡ１〜Ａ４及びＢ１〜Ｂ４は、上述の特許文献１のように、一直線上に配列されていない例を示すものである。

図１２の例では、４個のノズル１８を１ブロックとした例である。何個のノズル１８を１ブロックとするかは、インクのリフィル特性（吐出で失われるインクを補充する対時間特性）、発熱、ヘッド寿命、吐出に伴う液面（メニスカス）干渉の度合い、等に基づいて決定され、通常は、１６、３２又は６４個程度を１ブロックとするが、ここでは、説明の便宜上、４個のノズル１８を１ブロックとしている。

通常、サーマル方式のプリンタヘッドの場合に、複数のノズル１８が一列に配列されて使用されるときは、全てのノズル１８から同時にインク液滴が吐出されることはない。さらに、１のノズル１８とその隣のノズル１８とから同時にインク液滴が吐出されることもない。その第１の理由は、消費電力と、それに伴う発熱問題を避けなければならないからである。

また、第２の理由は、全てのインク液室１２にインクを供給するための共通流路が、ノズル１８に近い部分に位置しているので、隣接するノズル１８から同時にインク液滴を吐出させると、干渉（クロストーク）が多くなり、吐出されるインク液滴量が安定しにくいとともに、インク液滴の飛翔方向のばらつきが大きくなるからである。このため、通常は、ある程度の数のノズル１８を１グループとして、そのグループ内では、吐出動作にあるノズル１８は、常に１個しか存在しないようにし、各グループを並列に動作させて、同時に吐出動作をするノズル１８の距離がグループ数だけ必ず隔てられる方法が採られている。

図１２の左側の図では、先ず、Ａグループ（ノズルＡ１〜Ａ４）のノズルＡ１からインク液滴を吐出すると同時に、Ｂグループ（ノズルＢ１〜Ｂ４）のノズルＢ１からインク液滴を吐出する。これにより、ノズルＡ１により形成されたドットと、ノズルＢ１により形成されたドットとは、水平方向の直線上に並ぶようになる。

次に、上記吐出から所定時間の経過後に、ＡグループのノズルＡ２からインク液滴を吐出すると同時に、ＢグループのノズルＢ２からインク液滴を吐出する。このとき、上記時間差により、この時間差の間に記録媒体がヘッドに対して相対的に移動し、その結果、少しずれた位置にドットが形成される。以下同様に吐出命令が出されると、図１２の左側の図の例では、ドットが徐々に右下がりに形成されることとなる。

一方、右側の図では、上記時間差の分だけ最初からノズル１８の位置を反対方向にずらしているので、形成されるドットは、一直線上に配置される。すなわち、図１２の右側の図では、上記時間差によるヘッドと記録媒体との相対移動による位置ずれ量と、予めノズル１８の位置をずらしておくときのそのずれ量とを等しく設定しているのである。
以上のように、ノズル１８の配列を一直線にしないようにして、形成されたドットが直線になるようにしたものも知られている。

ところで、ノズルシート１７は、一般には金属泊や高分子系の薄い材料で形成され、その厚みも近年の高解像度を目的としたインクジェットプリンタ等では、１０〜３０μｍ程度の非常に薄いものが使用されている。

しかし、ノズルシート１７の厚みを薄くしようとすると、以下のような問題点がある。
図１３は、６００ＤＰＩのノズルピッチで、４．５ピコリットル程度の液滴が吐出されることを想定して設計したときのインクジェットプリンタ用の液体吐出部の断面図である。図１３は、図１１中、ノズル１８の中心軸線に沿って、各ノズル１８の中心を結ぶ線で切断した図に相当する図である。

図１３における構造は、半導体基板１５上に形成されるが、これまでに知られている技術としては、次のどちらかが用いられる。
１）発熱素子１３を含む回路部分を、シリコン等の半導体基板１５上で写真製版技術を用いて形成し、バリア層１６とノズルシート１７とは、別処理として後工程で付加する方法。
２）ノズルシート１７も含めて、シリコン等の半導体基板１５上で写真製版技術を用いて形成する方法。

そして、１）の方法では、材質や加工法の選択肢が広いという自由度がある反面、後工程での誤差と半導体処理（前工程）の誤差が一般的には違うので、製造精度が２）の一体加工法に比べて劣るという短所がある。

いずれの方法でも実用的な液体吐出部を形成することができるが、各部の寸法の設定によって、液体吐出部の吐出特性や製造コストが異なる。
例えば１）の場合では、ノズルシート１７をニッケル材料とした電鋳行程（電気分解の逆の行程）で形成するときに、その厚みは、電解液の濃度、流す電気量などに比例するので、厚みが厚くなるほど、時間も（ニッケル）材料の使用量も多くなり、コストが高くなる。

また、本件発明者らは、未開示の先願技術である特願２００３−０３７３４３、特願２００２−３６０４０８、及び特願２００３−５５２３６等により、ノズルから吐出する液滴の吐出方向を複数の方向に可変とすることで、液滴の着弾位置のばらつきを目立たなくし、高品位な印画を可能とした技術を、既に提案しているが、この技術を用いる場合には、ノズルシート１７の厚みが薄い方が、液滴の偏向量を大きく取ることができるという事実がある（特願２００３−３５１５５０参照）。

そして、インクジェットプリンタ等に代表される液体吐出ヘッドにおいては、ノズルシート１７の厚みは、２０〜３０μｍ程度の比較的大きな値のものも珍しくないが、用途によっては、図１３に示すような薄いノズルシート１７で必要な性能を実現したい場合がある。

一方、ノズルシート１７は、常に液体（インク）に接しているので、液体との接液性（「接液性」とは、主にノズルシート１７と液体とが反応して溶けることや、ノズル１８の表面の物理的な特性が変わる問題をいう。）と称される相性の問題があり、液体の組成によっては、使用できるノズルシート１７の材料が限定される。

このような事情により、上記１）及び２）の方法のいずれにしても、材料が持つ機械的強度（ヤング率、曲げに対する疲労特性等）の限界があるため、ノズルシート１７の厚さを薄くしたときは、液滴の吐出時にインク液室１２にかかる圧力変動によって吐出特性が損なわれたり、繰返し疲労等で寿命が短くなったりする。このため、ノズルシート１７の厚みをある程度以下に薄くすることができない。

すなわち、ノズルシート１７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が、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、変形を生じている。
図１４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る。図１４に示すノズルシート１７は、ニッケル電鋳により形成されたものである。

図１４に示すように、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、液滴は、実際には下向きに吐出されるが、図１４では、上向きに図示している。図１４に示すように、吐出の瞬間には、ノズルシート１７のうち、ノズル１８の周辺領域がたわむことが観測された（図１４では、ノズルシート１７は、上に凸の方向にたわんでいる）。

そして、通常の液滴の吐出では、比較的きれいな円形のドットが形成されるとともに、サテライト（主液滴の吐出に伴って飛び散る小液滴）が見られるが、図１４のようにノズルシート１７がたわんで液滴が吐出されると、サテライトが大きいものや、ドットが円形でないものが生じて、ドットの並びが不揃いになりやすくなる。図１５は、図１４のようにノズルシート１７がたわんだときに形成されるドット配列を拡大して写真撮影した結果を示す図である。なお、図１５では、ノズル１８（ドット）のピッチをＰで示している。
以上のように、ノズルシート１７の厚みが薄くなると、液滴の吐出時の圧力変動によって、ノズル１８の周辺領域がたわみ、安定かつ高品位な液滴吐出ができなくなるおそれがある。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、液滴の吐出特性の低下を防止しつつ、ノズル形成部材（ノズル層）の厚みを薄くできる技術を提案することである。

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。
本発明は、吐出すべき液体を収容する液室と、前記液室内に配置され、前記液室内の液体に飛翔力を付与する飛翔力付与手段と、前記飛翔力付与手段により付与された飛翔力により、前記液室内の液体を吐出させるノズルを形成したノズル形成部材とを含む液体吐出部を複数配列するとともに、各前記液体吐出部の前記液室に液体を供給する共通流路を備え、前記液室の前記共通流路との連通部分が前記共通流路に対して同一方向を向くように複数の前記液体吐出部が配置されるとともに、その複数の前記液体吐出部は、一定のピッチＰで配列されており、その複数の前記液体吐出部のうち、一端側から数えてＭ番目（Ｍは、奇数又は偶数のいずれか一方）に位置する前記液体吐出部の前記ノズルの中心を、前記共通流路に沿った直線Ｌ１上に配置するとともに、前記一端側から数えてＮ番目（前記Ｍが奇数であるときはＮは偶数、前記Ｍが偶数であるときはＮは奇数）に位置する前記液体吐出部の前記ノズルの中心を、前記直線Ｌ１と平行な直線であって前記直線Ｌ１と間隔Ｘ（Ｘは、０より大きい実数）を隔てた直線Ｌ２上に配置し、前記ピッチＰと前記間隔Ｘとが、Ｘ＝Ｐ／２の関係となるように、複数の前記液体吐出部を配置した液体吐出ヘッドを用いて液体を吐出する液体吐出方法であって、前記ノズルから吐出された液体により形成されるドット径を前記Ｐに設定することで、隣り合う前記液体吐出部により形成されるドット同士が接触しないようにした液体吐出方法である。

（作用）
上記発明においては、液室の共通流路との連通部分が共通流路に対して同一方向を向くように複数の液体吐出部が配置されるとともに、液体吐出部のノズルは、一定のピッチＰで配列されている。
また、ノズル配列方向において、一端側から数えて例えば奇数番目（１、３、５、・・番目）の液体吐出部のノズルの中心は、直線Ｌ１上に配置されており、一端側から数えて例えば偶数番目（２、４、６、・・番目）の液体吐出部のノズルの中心は、直線Ｌ２上に配置されている。そして、直線Ｌ１とＬ２とは、一定の間隔Ｘを隔てている。これにより、隣り合うノズルの中心間距離は、ピッチＰより大きい値である、√（Ｐ^２ ＋Ｘ^２ ）となる。

さらに、隣り合うノズルにより形成されたドットは、ノズルの配列方向にピッチＰだけ離れて形成されるとともに、その垂直な方向において、Ｘ＝Ｐ／２だけ離れて形成される。そして、ドット径をＰに設定したので、隣り合うノズルにより形成されたドット間に生じるドットの未形成領域が分散される。

本発明によれば、液滴の吐出に伴う圧力変動によるノズル及びその周辺領域の変形量が少なくなり、液滴の吐出量、及び吐出方向を安定させることができる。
また、ノズル表面のクリーニング時などでノズルの表面に圧力が加えられたときでも、ノズルの周辺領域の接触面積を大きく取ることができるとともに、ノズル及びその周辺領域のノズル形成部材の変形が少ないので、安定した接触圧を得ることができる（クリーニング効果を高めることができる）。

さらに、隣り合うノズルにより形成されたドット間の隙間（ドットの未形成領域）が分散されるので、視覚的に未形成領域が認識されなくなり、画質の向上を図ることができる。

以下、図面等を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
先ず、本実施形態を説明するに先立ち、ノズルシート１７を薄くしたときのノズルシート１７の変形について説明（分析）する。
図１は、図１１のヘッド１において、具体的な寸法を示す平面図である。先ず、液体吐出部（ノズル１８）のピッチＰは、物理的解像度が６００ＤＰＩとして４２．３μｍとした。また、ノズルシート１７の表面におけるノズル径を１７μｍ、発熱素子１３の１辺の長さを２０μｍとした。さらにまた、バリア層１６においてインク液室１２側から共通流路側の端部までの全長を６０μｍとした。

この場合において、隣り合うノズル１８の縁間の距離Ｌｎは、
Ｌｎ＝ノズルピッチＰ−ノズル径
＝４２．３−１７＝２５．３（μｍ）
しか取ることができない。また、バリア層１６のインク液室１２間の幅Ｔｎにいたっては、発熱素子１３に接触しないようにするための誤差（この例では、発熱素子１３を囲む３辺にそれぞれ２μｍずつ設定）を見込むと、
Ｔｎ＝４２．３−（２０＋２×２）＝１８．３（μｍ）
しか取ることができないこととなる。

さらに、バリア層１６に使用される材質は、ノズルシート１７との接着性も要求されることから、感光性環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に代表される高分子材料が用いられるが、例えばノズルシート１７にニッケル電鋳等が用いられた場合には、強度（主としてヤング率）に大きな差があり、ノズル１８の表面に強い力が加わった際には、バリア層１６が様々に変形することが考えられる。

図２及び図３は、ノズルシート１７の変形を説明する断面図であり、それぞれ並設された３つの液体吐出部を図示している。図２は、中央のインク液室１２内の発熱素子１３にエネルギーが加えられ、発熱素子１３から気泡が発生している状態であって、前述の図１４の状況（液滴の吐出時）に至る直前の状態を示すものである。
また、図３は、飛翔した液滴に対して気泡が縮小段階にあり、インク液室１２内が急激に（大気に対して）負圧になっている状態を示すものである。

これらの状態においては、インク液室１２内で急激な圧力変動が生じる（インク液室１２内の圧力が急激に増大又は減少する）ため、厚みの薄いバリア層１６やノズルシート１７がひずむと考えられる。特に、ノズルシート１７及びバリア層１６は、半導体基板１５に比べて剛性が低いことから、そのような現象が顕著に生じ得る。

この場合において、従来の技術の図１１に示したように、ノズル１８列が一直線状に並んでいると、隣り合うノズル１８間において、各ノズル１８の中心を結ぶ線上に最も大きな圧力がかかる。また、この線上は、隣りのノズル１８までに最も近い部分でもあり、図２及び図３に示すように、バリア層１６を中心として、このノズルシート１７が、ほぼシーソー的な動きをしやすいことになる。

以上述べたように、厚みの薄いノズルシート１７を用い、隣り合うノズル１８を一直線上に並べると、インク液滴の吐出時にノズルシート１７やバリア層１６に変形が生じ、それが吐出特性（特にドット形状、すなわちインクジェットプリンタでは画質）に影響を与えることが分かった。

ノズルシート１７の厚みを変えることなく上記影響を改善する方法の１つは、隣のノズル１８の位置を離し、バリア層１６の厚み、及びその上層のノズルシート１７における隣り合うノズル１８の間隔をできる限り長くすることである。
このことを満足させるためには、
１）ノズル１８の配列ピッチ（６００ＤＰＩの場合には、４２．３μｍ）を変えずに、ノズル１８の径を小さくする。
２）ノズル１８の径を変えず、配列ピッチを大きくする。
の２通りが考えられる。

しかし、上記１）の方法では、吐出特性が変わることになり、またノズル１８の径が小さくなるほど、インク液室１２内の吐出時の圧力も増大する。ただし、圧力の増大に対しては、発熱素子１３の面積を小さくし、発生する気泡の体積を小さくすることで対応が可能である。
また、上記２）の方法では、個々のノズル１８の特性を保つ意味では有効であるが、解像度が低下してしまい、性能が低下することになる。

そこで、本発明では、第３の方法として、ノズル１８の配列ピッチ（６００ＤＰＩの場合には、４２．３μｍ）を変えずに、ノズル１８を含む液体吐出部を、交互に距離Ｘだけ隔てた２本の直線（Ｌ１及びＬ２）上に配置した。

図４は、本発明の液体吐出方法で用いられる液体吐出ヘッドを適用したプリンタのヘッド１１を示す分解斜視図である。図４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（本発明における飛翔力供給手段に相当するものであって、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、制御回路（図示せず）と電気的に接続されている。

また、バリア層１６は、例えば、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の位置がその下側の発熱素子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、半導体基板１５（及び発熱素子１３）とバリア層１６とノズルシート１７とから構成されたものである。すなわち、半導体基板１５（及び発熱素子１３）は、インク液室１２の底壁を構成し、バリア層１６は、インク液室１２の側壁を構成し、ノズルシート１７は、インク液室１２の天壁を構成する。

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、共通流路（各液体吐出部のインク液室１２にインクを供給する流路。図示せず。）を介してインク液室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、印画紙等の記録媒体上に着弾される。

また、バリア層１６は、平面的に見たときに、略櫛歯状をなしている。これにより、図４中、インク液室１２より右側前方において、ノズル１８の並び方向に延在する共通流路と、インク液室１２とが連通している。
すなわち、全ての液体吐出部のインク液室１２の共通流路との連通部分は、その共通流路に対して同一方向を向くように、全ての液体吐出部が配置されている。

図５は、図４において、ノズル１８の配列（図中、上側）と、発熱素子１３及びインク液室１２の配列（図中、下側）とを、より詳細に示す平面図である。
図５において、各液体吐出部のノズル１８は、一定のピッチＰで配列されている。

また、複数の液体吐出部のうち、一端側から数えてＭ番目（Ｍは、奇数又は偶数のいずれか一方）に位置する液体吐出部のノズル１８の中心を、共通流路２０に沿った直線Ｌ１上に配置するとともに、一端側から数えてＮ番目（Ｍが奇数であるときはＮは偶数、Ｍが偶数であるときはＮは奇数）に位置する液体吐出部のノズル１８の中心を、直線Ｌ１と平行な直線であって直線Ｌ１と間隔Ｘ（Ｘは、０より大きい実数）を隔てた直線Ｌ２上に配置している。

特に図５の例では、図中、左側から数えて奇数番目（１番目、３番目、・・）の液体吐出部のノズル１８の中心は、直線Ｌ１上に配置されており、左側から数えて偶数番目（２番目、４番目、・・）の液体吐出部のノズル１８の中心は、直線Ｌ２上に配置されている。

また、直線Ｌ１と直線Ｌ２との間隔Ｘと、ノズル１８の配列ピッチＰとの関係は、以下のようになる。
１）Ｘ＜Ｐの場合
上述したが、全ての液体吐出部のノズル１８から同時にインク液滴を吐出することはせず、また、インクジェットプリンタ等の場合には、一般には連続してヘッド１１と記録媒体とが相対移動しているので、いずれにしても、全ての液体吐出部のノズル１８から液滴が吐出されて記録媒体上に形成されたドットは、一直線状には並ばない。

図５に示すように、ノズル１８を間隔Ｘだけ隔てた２本の直線Ｌ１及びＬ２上に配列すれば、隣り合う液体吐出部のノズル１８により形成されたドット間の位置ずれ（ヘッド１１と記録媒体との相対移動方向における位置ずれ）は、その２つの液体吐出部のインク液滴の吐出時間差に加えて、間隔Ｘのずれが加わることとなる。しかし、液体吐出装置の用途が、インクジェットプリンタの写真印刷等の場合には、Ｘ＜Ｐ程度のドット間の位置ずれは、特別な信号処理を施さなくとも違和感の無い画像を得ることができる（後述の実験結果参照）。

この場合は、画像処理的にはノズル１８の配列方向に垂直な方向へのウォブリング（テレビジョン等の走査において、走査線を細かく上下動させて走査線構造を見えにくくすること）を施したと考えることもできる。

２）Ｘ≧Ｐの場合
この式において等号に特別な意味は無く、ある程度、間隔ＸがノズルピッチＰに対して大きくなった場合という意味である。
隣り合うドットの位置ずれが、ノズルピッチＰ以上に大きくなった場合には、一直線状に並んでいる液体吐出部に対しての信号をそのまま用いると、間隔Ｘの距離に相当する時間差（間隔Ｘを、ヘッド１１と記録媒体との相対移動速度で割ったもの）が解像度低下という形で、画質劣化となって現れる。これは、本来時間的に同じ位置に記録されなければならないドットが間隔Ｘだけずれてしまうためである。これを避けるためには、間隔Ｘの距離に相当する時間差を予め信号に持たせることで解決することができる。

以上より、上記１）と２）との差は、同じ画質を得るためには、形成されるドット位置の距離差によって電気信号処理を若干変える必要があるということであるが、本発明の目的である「液滴の吐出に伴う圧力変動によって液体吐出部が変形しにくくなる構造」の効果に関しては、程度の差はあるが、同じである。

以上のように、間隔ＸとノズルピッチＰとの関係は、いかなる場合でも効果があるが、その中でも特に、Ｘ＝Ｐ／２の関係のときには、写真画像のような滑らかさが求められる場合に適していると考えられる。その理由を図６を用いて説明する。

図６中、（Ａ）は、Ｘ＝０の場合（図１１と同じ構造）であって、全てのノズル１８から順次インク液滴が吐出されたときに、形成されたドットが互いに接するとともに、ドットが正方格子状に並ぶように、ドットサイズ、ノズルピッチＰ、ヘッドと記録媒体との相対移動速度が設定されているときのドット配列を示すものである。これにより、各ドットの中心間距離は、縦横ともにノズルピッチＰとなる。なお、図６では、ノズル１８の並び方向と、記録媒体との相対移動方向をそれぞれ矢印で図示している。また、図６では、下から３段目のラインの記録が行われた様子を図示している。

なお、実際には、上述のように、１ラインが全て同時に記録されるわけではなく、ある数の液体吐出部をグループとして順次インク液滴が吐出され、かつグループ内でのインク液滴の吐出順序による時間差があるため、厳密には、ドットは、直線上には並ばない。

一方、図６（Ｂ）では、本実施形態のヘッド１１のように、間隔Ｘを隔てた直線Ｌ１とＬ２上にそれぞれノズル１８の中心が位置するヘッド１１によってドットを配列した例を示しており、Ｘ＝Ｐ／２の関係としたものである。なお、ドットサイズや、ノズルピッチＰは、図中（Ａ）と同一である。

図６（Ｂ）では、ノズル１８の並び方向において、ドットの中心が上下に間隔Ｘだけずれた千鳥状にドットが配列される。このようにドットが配列されると、ドットを縦方向（ヘッド１１と記録媒体との相対移動方向）で見たときのドット間隔は、（Ａ）と（Ｂ）とで同一であるが、横方向（ノズル１８の並び方向）で見ると、（Ａ）の場合には、縦横で同一間隔（ノズルピッチＰ）でドットが隙間なく配列されているのに対し、（Ｂ）では、ドットの中心がＸ＝Ｐ／２だけずれているために、ドットの径が（Ａ）と同じであれば、ドットは、隣のドットと接触しなくなる。すなわち、ドットの位置誤差を考慮しても、隣り合うドットは、接触しにくくなる。これにより、ドット密度（単位面積内のドット数）は高いが、隣のドットと接触があまりない領域（中濃度）での滑らかさを改善することができる。

さらに、インクジェットプリンタ等の場合には、原理的にヘッド１１と記録媒体との相対移動方向（主走査方向）については、同一環境が常に保たれるのに対して（構造が決まれば、電気信号で何回でも同じノズル１８から同じ方向にインク液滴を吐出してドットを形成することができる）、ノズル１８の並び方向においては、１つ１つが異なるノズル１８から吐出されるインク液滴によってドット列を形成するので、ドットピッチがばらついて、主走査方向のようにドットピッチは一定にはならない。

すなわち、ノズル１８ごとのインク液滴の吐出角度に多少のバラツキがあり、しかもそのバラツキがノズル１８固有のものであるため、隣のノズル１８により形成されたドットと接触してしまう吐出特性を有するノズル１８（液体吐出部）が存在すると、縦方向で見れば、その全てにわたってその部分で常に隣同士のドットが重なるという性質がある。前述の図１５は、実際の印画結果を拡大して示す図であるが、この図より、一部では、隣同士のドットが重なっていることがわかる。

また、着弾直後の濡れたドット同士が接触すると、理論的な点接触では終わらずに、液体の表面張力によって接触部分の幅が広がり、ドットの形状が変化してしまうという問題がある。このような問題を軽減して画質向上を図る上で、本実施形態のようなノズル１８の配列にすれば、図６（Ｂ）のようなドット配列にすることができるので、同じ濃度でありながら、ドット配列時の左右方向のバラツキにマージンが取れるという効果がある。

図７は、実際の印画結果（ドット配列）を拡大して写真撮影した結果を示す図である。図中（Ａ）は、従来のヘッド１による結果（図１５と同じもの）であり、図中（Ｂ）は、本実施形態の液体吐出方法で用いられるヘッド１１による結果である。これらのドット配列は、ともに、視覚的に見やすくするため、ヘッドと記録媒体との相対移動方向において１つおきにドットを形成している。
この図から、本実施形態の場合には、隣のドットと重なることがほとんどなくなり、横方向のマージンが増加していることがわかる。

また、本実施形態では、ドットの未形成領域の「分散化」が行われるので、ざらつき感を改善することができる。
図８は、この分散化を説明するための図であり、４個（縦横各２個）のドットに囲まれるドットの「未形成領域」に着目したものである。

図８（Ａ）のように、従来のヘッド１を用いた場合には、４個のドットは、正方格子配列となり、４個のドットの円弧により囲まれたアステリスク型の領域がドットの未形成領域として残り、この場合の未形成領域の対角線の長さは、ドットピッチ（ノズルピッチ）Ｐに等しい。

一方、本実施形態のヘッド１１を用いた場合には、アステリスク形状が垂直に２等分され、その配置も上下にＰ／２だけずれた形状となるため、水平方向におけるドットの未形成領域の長さは、最長でも図８（Ｂ）に示すようにＰ／２となる。
このように、本実施形態では、ドットの未形成領域が正方格子配列の場合の１／２の面積の小さなものがずれて配列される結果、視覚的には、ドットの未形成領域が分散化され、より認識されにくくなり（空間周波数的により高い周波数に追いやられる）、画質向上を図ることができる。

次に、本実施形態の液体吐出部（ノズルシート１７及びバリア層１６を含む部分）の剛性について説明する。
図９は、液体吐出部の並び方向における断面図であり、（Ａ）は、図１１の構造において、各ノズル１８の中心を結ぶ線でノズル１８の中心軸線に沿って切断したときの断面図である。また、（Ｂ）は、図５中、直線Ｌ１で、ノズル１８の中心軸線に沿って切断したときの断面図である。さらにまた、（Ｃ）は、図５中、直線Ｌ２で、ノズル１８の中心軸線に沿って切断したときの断面図である。さらに（Ｄ）は、ノズル１８に対応するインク液室１２及び発熱素子１３の配置を参考として示す平面図である。

図９中、（Ａ）の構造は、インク液滴の吐出時の圧力変動時に、最もストレスがかかるノズル１８の中心部分において、ノズルシート１７は、ノズル１８間にある１つのバリア層１６のみで支えられているだけであり、不安定である。ノズルシート１７のノズル１８間の部分は、図２及び図３で説明したように、バリア層１６を支点として、シーソーのような動作をすると考えられる。また、ノズルシート１７に対してバリア層１６が別部材であって、ノズルシート１７の方がはるかに高い剛性を有する場合（例えば、ノズルシート１７をニッケル電鋳で形成し、バリア層１６をゴム系やアクリル系の樹脂で形成した場合）には、バリア層１６が変形の原因になると考えられる。

これに対し、図９中、（Ｂ）に示すノズル１８列では、（Ａ）と比較すると、（Ａ）の１つおきにノズル１８が形成された状態になっているとともに、（Ａ）に対してノズル１８が形成されていない位置では、ノズルシート１７の下層がバリア層１６に確実に固定（接着）されているため、変形に対して最も強固な構造となっている。
したがって、変形が生じても、その変形量は、（Ａ）の構造に比べれば、きわめて少ないと考えられる。

また、図９中、（Ｃ）に示すノズル１８列では、（Ｂ）と同様に、ノズル１８は、（Ａ）と比較すると、１つおきに形成されているので、（Ａ）の構造よりは、はるかに変形しにくい。ただし、ノズル１８が形成されていないノズルシート１７の下層では、その隣の液体吐出部のインク液室１２のために空洞になっている。しかし、（Ａ）の構造に比べれば変形に対する剛性が高く、（Ａ）と（Ｂ）との中間の剛性を有するものといえる。

このように、本実施形態では、液体吐出部の剛性を高くすることができるので、厚みの薄いノズルシート１７を用いたとしても、インク液滴の吐出に伴う圧力変動（内部変動要因）によるノズル１８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。

また、ノズル１８の表面のクリーニング時等に、ノズル１８の表面に加えられる圧力（外部変動要因）に対しても、ノズル１８の周囲のノズルシート１７の表面積を大きく取ることができ、さらに変形が少ないので、安定した接触圧を得ることができる（クリーニング効果を改善することができる）。

次に、他の実施形態について説明する。
上述の説明では、１つの共通流路２０に対して同一方向を向くように液体吐出部を並設したが、それを２つ設けることも可能である。
図１０は、１つの共通流路２０に対して、その両側にノズル１８（液体吐出部）列を設けた例を示す平面図である。１つの共通流路２０に対して一方側（例えば図中、左側）に、間隔Ｘでノズル１８をその並び方向において交互に配置するとともに、共通流路２０に対して他方側（例えば、図中、右側）にも同様に、間隔Ｘでノズル１８をその並び方向において交互に配置する構造としても良い。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、以下のような種々の変形が可能である。
（１）本実施形態では、サーマル方式の飛翔力付与手段として発熱素子１３を例に挙げたが、発熱素子１３に限らず、他の方式の飛翔力付与手段を用いたものでも良い。例えば、静電吐出方式やピエゾ方式の飛翔力付与手段が挙げられる。
静電吐出方式の飛翔力付与手段は、振動板と、この振動板の下側に、空気層を介した２つの電極を設けたものである。そして、両電極間に電圧を印加し、振動板を下側にたわませ、その後、電圧を０Ｖにして静電気力を開放する。このとき、振動板が元の状態に戻るときの弾性力を利用してインク液滴を吐出するものである。

また、ピエゾ方式の飛翔力付与手段は、両面に電極を有するピエゾ素子と振動板との積層体を設けたものである。そして、ピエゾ素子の両面の電極に電圧を印加すると、圧電効果により振動板に曲げモーメントが発生し、振動板がたわみ、変形する。この変形を利用してインク液滴を吐出するものである。

（２）１つのインク液室１２内に設けられる発熱素子１３の気泡発生領域（飛翔力付与手段の飛翔力付与領域）の数は、１つに限らず、ノズル１８の配列方向に２つ並設したものであっても良い。
そして、２つの気泡発生領域における飛翔力の発生に差異を設けないようにして、インク液滴をノズル１８の中心軸線に沿って吐出させる手段（主制御手段）と、２つの気泡発生領域における飛翔力の発生に差異（飛翔力の大きさの差又は飛翔力が発生する時間差）を設け、その差異によって、ノズル１８から吐出されるインク液滴の吐出方向を、主制御手段によるインク液滴の吐出方向と異なるように制御する手段（副制御手段）とを設けることも可能である。

この技術は、前述した未開示の先願技術である特願２００３−０３７３４３、特願２００２−３６０４０８、及び特願２００３−５５２３６等により、ノズルから吐出する液滴の吐出方向を複数の方向に可変とすることで、液滴の着弾位置のばらつきを目立たなくし、高品位な印画を可能とした技術であるが、この技術を用いる場合には、前述のようにノズルシート１７の厚みを薄くする方が有利である。その場合に本発明を適用することで、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、安定かつ高品位な液滴吐出ができるようになるので、上記技術と本発明とを組み合わせることで、より有利な技術とすることができる。

（３）上記実施形態ではヘッド１１をプリンタに適用した例に挙げたが、本発明の液体吐出方法で用いられる液体吐出ヘッドは、プリンタに限ることなく、種々の液体吐出装置に適用することができる。例えば、生体試料を検出するためのＤＮＡ含有溶液を吐出するための装置に適用することも可能である。

図１１のヘッドにおいて、具体的な寸法を示す平面図である。 ノズルシートの変形を説明する断面図であり、液滴の吐出時に至る直前の状態を示すものである。 ノズルシートの変形を説明する断面図であり、気泡が縮小段階にある状態を示すものである。 本発明の液体吐出方法で用いられる液体吐出ヘッドを適用したプリンタのヘッドを示す分解斜視図である。 図４において、ノズルの配列（図中、上側）と、発熱素子及びインク液室の配列（図中、下側）とを、より詳細に示す平面図である。 （Ａ）は、ドットが正方格子状に並んだ状態を示す図であり、（Ｂ）は、間隔Ｘを隔てた直線Ｌ１とＬ２上にそれぞれノズルの中心が位置するヘッドによってドットを形成した例を示す図である。 従来のヘッドと、本実施形態の液体吐出方法で用いられるヘッドとを用いた実際の印画結果（ドット配列）を拡大して写真撮影した結果を示す図である。 ドットの未形成領域の分散化を説明するための図である。 （Ａ）は、図１１の構造において、各ノズルの中心を結ぶ線でノズルの中心軸線に沿って切断したときの断面図であり、（Ｂ）は、図５中、直線Ｌ１でノズルの中心軸線に沿って切断したときの断面図であり、（Ｃ）は、図５中、直線Ｌ２でノズルの中心軸線に沿って切断したときの断面図であり、（Ｄ）は、ノズルに対応するインク液室及び発熱素子の配置を参考として示す平面図である。 １つの共通流路に対して、その両側にノズル（液体吐出部）列を設けた例を示す平面図である。 サーマル方式のヘッドを分解して示す斜視図である。 ヘッドのノズル列と、そのノズル列により形成されたドットとを示す平面図である。 ６００ＤＰＩのノズルピッチで、４．５ピコリットル程度の液滴が吐出されることを想定して設計したときの液体吐出部の断面図である。 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。 図１４のようにノズルシートがたわんだときに形成されるドットの配列を拡大して写真撮影した結果を示す図である。

符号の説明

１１ ヘッド（液体吐出ヘッド）
１２ インク液室（液室）
１３ 発熱素子（飛翔力付与手段）
１４ 基板部材
１５ 半導体基板
１６ バリア層
１７ ノズルシート（ノズル形成部材）
１８ ノズル
２０ 共通流路
Ｌ１ 直線
Ｌ２ 直線
Ｐ ノズルピッチ又はドットピッチ
Ｘ 直線Ｌ１と直線Ｌ２との間隔

Claims (1)

1. 吐出すべき液体を収容する液室と、
   前記液室内に配置され、前記液室内の液体に飛翔力を付与する飛翔力付与手段と、
   前記飛翔力付与手段により付与された飛翔力により、前記液室内の液体を吐出させるノズルを形成したノズル形成部材と
   を含む液体吐出部を複数配列するとともに、
   各前記液体吐出部の前記液室に液体を供給する共通流路を備え、
   前記液室の前記共通流路との連通部分が前記共通流路に対して同一方向を向くように複数の前記液体吐出部が配置されるとともに、その複数の前記液体吐出部は、一定のピッチＰで配列されており、
   その複数の前記液体吐出部のうち、一端側から数えてＭ番目（Ｍは、奇数又は偶数のいずれか一方）に位置する前記液体吐出部の前記ノズルの中心を、前記共通流路に沿った直線Ｌ１上に配置するとともに、前記一端側から数えてＮ番目（前記Ｍが奇数であるときはＮは偶数、前記Ｍが偶数であるときはＮは奇数）に位置する前記液体吐出部の前記ノズルの中心を、前記直線Ｌ１と平行な直線であって前記直線Ｌ１と間隔Ｘ（Ｘは、０より大きい実数）を隔てた直線Ｌ２上に配置し、
   前記ピッチＰと前記間隔Ｘとが、
   Ｘ＝Ｐ／２
   の関係となるように、複数の前記液体吐出部を配置した液体吐出ヘッドを用いて液体を吐出する液体吐出方法であって、
   前記ノズルから吐出された液体により形成されるドット径を前記Ｐに設定することで、隣り合う前記液体吐出部により形成されるドット同士が接触しないようにした
   液体吐出方法。