JPH09239983A

JPH09239983A - インクジェット記録ヘッド、インクジェット記録ヘッドカートリッジ及びインクジェット記録装置

Info

Publication number: JPH09239983A
Application number: JP5614096A
Authority: JP
Inventors: Hajime Yamamoto; 肇山本; Atsushi Hinami; 淳日南; Eiichiro Shimizu; 英一郎清水; Teruo Arashima; 輝雄荒島; 亘 ▲高▼橋; Wataru Takahashi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-03-13
Filing date: 1996-03-13
Publication date: 1997-09-16
Anticipated expiration: 2016-03-13
Also published as: JP3402910B2

Abstract

(57)【要約】【課題】インク流路内に設けられた面積の異なる複数
の発熱抵抗体に同じ駆動電圧、駆動信号を与えつつ、所
望量のインクをほぼ等しい吐出速度で吐出させる。【解決手段】インク流路４内には、互いに独立して駆
動可能な第１の発熱抵抗体５と、第２の発熱抵抗体６と
が配置される。第２の発熱抵抗体６は、第１の発熱抵抗
体５の面積よりも小さく、吐出口３ａ側に配置される。
第２の発熱抵抗体６は、並列に配置され、かつ、電気的
に直列に接続された２つの発熱素子５６ａ，６ｂで構成
される。電流が流れる方向での第１の発熱抵抗体５の長
さ（Ｌ１）と第２の発熱抵抗体６の長さ（Ｌ２×２）と
はほぼ等しく、両者の発泡しきい値電圧はほぼ等しい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、記録用の液体（イ
ンクなど）を飛翔液滴として吐出口から吐出させ、被記
録媒体に付着させることによって記録を行うインクジェ
ット記録ヘッド、インクジェット記録ヘッドカートリッ
ジ及びインクジェット記録装置に関する。なお、本発明
において記録とは、布やプラスチック等へのプリントを
も含む言葉として用いる。

【０００２】

【従来の技術】インクを吐出して被記録媒体上に記録を
行うインクジェット記録装置は、装置の小型化の容易
性、低騒音性等の観点から多くの製品が製造されてい
る。その中でも、熱エネルギーをインクに与えることで
インク発生する気泡を利用してインクを吐出させる記録
方式は、インク流路の多数本化及び高密度化に好適な方
式として知られている。

【０００３】そして近年、さらに小型化を図ることや、
高画質特に高画質カラー記録を行うことに対する要求が
高まってきている。このような要求を満たすための構成
として、特公昭６２−４８５８５号公報には、１つのイ
ンク流路内に複数の発熱抵抗体を設けた構成が開示され
ている。これによれば、それぞれの発熱抵抗体に入力さ
れる駆動信号の入力タイミングをずらすことにより、吐
出されるインク滴の大きさ（インク吐出量）を変調し、
階調記録を行うことで高画質記録を実現している。

【０００４】一方、カラー記録においては、イエロー、
マゼンタ、シアン、ブラックのインクを用いて記録を行
うものが一般的であるが、色境界の混色を防止するため
に、ブラックインクの吐出量よりも他の色のインクの吐
出量を減らせばよいことが知られている。従来は、イン
クの吐出量を異ならせる場合、発熱抵抗体の面積を変え
ていた。しかし、発熱抵抗体の電流が流れる方向での長
さが異なると、発熱抵抗体に接続される配線も含めた発
泡しきい値電圧も異なってしまうため、複数種類の電圧
印加回路が記録装置本体に必要となる。発泡しきい値電
圧とは、発熱抵抗体を駆動しインクに気泡を生じさせる
ために必要最低限の電圧のことである。また、記録ヘッ
ド自体についても、別電圧の配線ラインを設けなければ
ならず、配線エリアが大きくなってしまう。その結果、
記録ヘッドのサイズアップ、さらにはコストアップを招
くことになる。

【０００５】このため駆動電圧を等しくしようとする
と、発熱抵抗体の大きさに応じて印加パルス幅を変える
必要がある。これは、インクの発泡までの時間に差が生
じ吐出安定性に欠けることになるばかりでなく、異なっ
た印加パルス幅を入力するための回路を必要とするとい
う別の問題点が生じる。しかも、吐出量の温度係数補償
のため、近年では発熱抵抗体への印加パルスをプレヒー
トパルスとメインヒートパルスに分け、それぞれのヒー
トパルスの幅及びそれらのヒート間の休止時間の３つの
パラメータを温度テーブルに基づいて制御する、いわゆ
るパルス幅変調を行っている。そのため、大きい発熱抵
抗体と小さい発熱抵抗体とで異なったパルス幅を印加す
る場合には、これらのテーブルを２つもち、それを参照
しながら駆動しなければならず、こうした周辺部分での
コストアップも招いていた。なお、熱エネルギーをイン
クに与えることでインクに発生する気泡を利用してイン
クを吐出させる記録方式では、電気熱変換体の発熱抵抗
体に入力するエネルギーを変化させても、吐出液滴の体
積の変化幅は小さいことが経験的に分かっている。前述
したパルス幅変調では、変調幅は２０〜３０％程度であ
る。

【０００６】そこで、特開平６−３１６０７８号公報で
は、吐出するインクの色ごとに、発熱抵抗体の長さを共
通として幅を変えることで発熱抵抗体の面積を変え、あ
るいは、発熱抵抗体上に形成されるパッシベーション膜
の厚さを変えることで、発熱抵抗体の駆動条件をほぼ等
しくしながらも、インクの吐出量を異ならせている記録
ヘッドが提案されている。

【０００７】上述した観点から、本出願人は、１つのイ
ンク流路内の複数の発熱抵抗体を同一の駆動条件で駆動
することによる高速階調記録の検討を重ねてきた。その
結果、１つのインク流路と１つの吐出口から階調記録が
得られる吐出量の変化は、発熱抵抗体の面積等の設計に
より得られるものの、そうして変調されたインク滴の吐
出速度は一様ではなく、図１０に示すように、吐出量の
増加に対応してほぼ直線的に増加する傾向を示すことが
確認された。これは、階調記録によって高画質を得る方
法では、被記録媒体に対して１回の走査で複数のインク
流路ごとに独立して吐出量を変調させながら記録を行う
ことが非常に難しいことを示唆している。つまり、被記
録媒体と非接触で記録を行うインクジェット記録では、
吐出速度の差が、被記録媒体への着弾時間のずれ、すな
わち着弾位置のずれを引き起こしてしまうのである。

【０００８】そこで引続き検討を重ねた結果、１つのイ
ンク流路内に設けられた複数の発熱抵抗体のそれぞれの
位置を吐出口との関係において最適化することにより、
特に、小さな面積の発熱抵抗体を駆動した場合にも、小
さなインク滴の吐出速度を大きなインク滴の吐出速度に
近付ける手法を見出した。つまり、図１１に示すよう
に、小さい発熱抵抗体１００６を、大きい発熱抵抗体１
００５よりも吐出口１００３ａ側に近付けて配置するこ
とによって、小さい発熱抵抗体１００６の駆動により吐
出されるインク滴の吐出速度を、大きい発熱抵抗体１０
０５の駆動により吐出されるインク滴の吐出速度に近付
けている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、複数の
発熱抵抗体をインク流路の幅方向に配列した場合、例え
ば、３６０ｄｐｉの記録ヘッドではインク流路のピッチ
は約７０．５μｍとなるので、発熱抵抗体はインク吐出
方向に細長い形状を前提に設計せざるを得ない。例え
ば、一番小さい発熱抵抗体は１２μｍ×１００μｍとい
った寸法が予測される。このように細長い発熱抵抗体と
すると、その周辺部の２〜４μｍといった発泡無効領域
を見込んで発泡有効面積を確保するためには、より長く
（例えば１２μｍ×１２０μｍ）して面積を稼ぐ設計と
なる。

【００１０】こうした場合、この小さな発熱抵抗体は、
インク流路内で吐出口側にどんなに近付けても、１２０
μｍといった長さの重心位置（発泡中心位置）は、吐出
口から６０μｍ以上離れていることになる。実際には、
発熱抵抗体に接続される配線等の関係から、発熱抵抗体
の前端面から１０〜２０μｍは必要となり、結果とし
て、小さな発熱抵抗体は吐出口から７０μｍ以上離れ
る。一方、大きな発熱抵抗体を駆動して大きなインク滴
を吐出するためには、インク流路内へのインク供給が速
やかに行われなければならず、インク流路をむやみに長
くすることはできない。特に、毎秒６０００発といった
高速記録を実現するためには、実際にはインク流路の長
さは最長でも４００μｍ、望ましくは３００μｍ以下が
限界となっており、小さな発熱抵抗体が吐出口から７０
μｍ以上離れる状況の中で、大きな発熱抵抗体をさらに
吐出口から離すことは設計上困難である。従って、こう
した制約の中で、大きさの異なるインク滴の吐出速度を
ほぼ同じにするのは非常に難しい。

【００１１】こうした背景を踏まえ、本出願人は、図１
２に示すように、細長いインク流路１０１４に対して複
数の発熱抵抗体１０１５，１０１６を幅方向に配置せ
ず、前後に配置することを検討した。こうすると、イン
ク流路１０１４の幅いっぱいに発熱抵抗体１０１５，１
０１６を配置できるため、発熱抵抗体周縁部の発泡無効
領域も減り効率が上がるばかりでなく、発熱抵抗体１０
１５，１０１６の長さが幅広分に見合う以上に短くな
り、また小さい発熱抵抗体１０１６の重心位置も吐出口
１０１３ａ側に近付くため、所望の吐出量を維持しつ
つ、それぞれのインク滴がほぼ等しい吐出速度となる。

【００１２】しかしながら、発熱抵抗体を前後に配置し
た場合には、電気熱変換体の発泡しきい値電圧が大きく
異なってしまうことになる。この問題点に対し、パッシ
ベーション膜の厚さを変えて対処する方法では、レジス
ト塗布、パターニング、エッチング及びレジスト剥離と
いった一連のフォトリソグラフィ工程が必要となり、結
果として製造コストが上昇してしまう。

【００１３】そこで本発明は、インク流路内に設けられ
た面積の異なる複数の発熱抵抗体に同じ駆動電圧、駆動
信号を与えても、各発熱抵抗体の面積に対応した所望量
のインクがほぼ等しい吐出速度で吐出されるインクジェ
ット記録ヘッド、インクジェット記録ヘッドカートリッ
ジ及びインクジェット記録装置を提供することを目的と
する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明のインクジェット記録ヘッドは、インク流路と、
前記インク流路内に配置され、それぞれ面積が異なり独
立して駆動可能な複数の発熱抵抗体を備えた電気熱変換
体とを有し、所定の発熱抵抗体を駆動することにより、
駆動した発熱抵抗体の面積に応じた気泡を前記インク流
路内のインクに生じさせ、異なる体積のインクを吐出口
から吐出するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記
各発熱抵抗体のうち、面積が小さいものは面積が大きい
ものよりも前記吐出口に近い位置に配置されるととも
に、少なくとも面積が一番小さい発熱抵抗体は、並列に
配置され、かつ、電気的に直列に接続された複数の発熱
素子で構成され、インクに気泡を生じさせるための発泡
しきい値電圧が、前記発熱抵抗体ごとにほぼ等しいこと
を特徴とする。

【００１５】ここで、前記発泡しきい値電圧がほぼ等し
いとは、前記各発熱抵抗体についての発泡しきい値電圧
が、その平均値から５％以内の範囲の電圧にあることが
好ましい。

【００１６】また、前記各発熱抵抗体の電流が流れる方
向の長さが、前記発泡しきい値電圧がほぼ等しくなる程
度に等しい長さのものや、前記各発熱抵抗体が、それそ
れ前記インク流路の中心線に対して対称に配置されてい
るものであってもよい。

【００１７】さらに、前記各発熱抵抗体が、互いに隣接
する発熱抵抗体間の距離が２０μｍ以下となるように配
置されているものでもよく、この場合特に、前記発熱抵
抗体が前記インク流路の流路壁から１０μｍ以上離れて
いる場合には、前記流路壁から１０μｍ以上離れている
発熱抵抗体とそれに隣接する発熱抵抗体との間の距離が
１５μｍ以下となるように配置されていることが好まし
い。

【００１８】また、異なる色のインクを吐出するため
に、吐出するインクの色ごとに前記インク流路及び前記
電気熱変換体が設けられているものであってもよく、こ
の場合には、前記異なる色のインクのうち１色は黒イン
クであり、前記黒インクを吐出するための電気熱変換体
の各発熱抵抗体の面積は、他の色のインクを吐出するた
めの電気熱変換体の、対応する発熱抵抗体の面積よりも
大きいものであってもよい。

【００１９】また、前記電気熱変換体は１枚の基板上に
形成されており、前記基板には、前記電気熱変換体を駆
動するためのドライブ回路と、シフトレジスタ回路と、
ラッチ回路とが作り込まれているものとすることもでき
る。

【００２０】本発明のインクジェット記録ヘッドカート
リッジは、上記本発明のインクジェット記録ヘッドと、
前記インクジェット記録ヘッドに供給するインクを貯蔵
するインクタンクとを有するものである。

【００２１】本発明のインクジェット記録装置は、上記
本発明のインクジェット記録ヘッドまたは上記本発明の
インクジェット記録ヘッドカートリッジを備え、記録信
号に基づいてインクを前記インクジェット記録ヘッドの
吐出口から吐出して記録を行うものである。

【００２２】上記のとおり構成された本発明のインクジ
ェット記録ヘッドでは、インク流路内の電気熱変換体は
面積の異なる複数の発熱抵抗体を有しており、駆動する
発熱抵抗体の組み合せにより、吐出されるインク滴の大
きさを変えることができる。また、インクに気泡を生じ
させるために必要最低限の電圧は、発熱抵抗体の電流が
流れる方向における長さに影響される。ここで、少なく
とも一番小さい面積の発熱抵抗体が、並列に配置され、
かつ、電気的に直列に接続された複数の発熱素子で構成
されるので、このような発熱抵抗体は、電流の流れる方
向における長さを他の発熱抵抗体とほぼ等しくしつつ、
その発泡中心位置をより吐出口に近付けて配置すること
が可能となる。その結果、各発熱抵抗体についての発泡
しきい値電圧をほぼ等しくすることで、所望の大きさの
インク滴の吐出が同一の駆動条件で得られ、しかも、そ
の吐出速度はほぼ等しくなる。

【００２３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００２４】図１は、本発明のインクジェット記録ヘッ
ドの第１の実施形態の一部を破断した要部斜視図であ
り、図２は、図１に示したインクジェット記録ヘッドの
１つのインク流路についての電気熱変換体の構成を示す
図である。

【００２５】本実施形態のインクジェット記録ヘッドは
３６０ｄｐｉの解像度をもつモノクロ印字用のインクジ
ェット記録ヘッドであり、放熱部材であるアルミプレー
ト１１には、インク吐出用の熱エネルギーを発生させる
ための複数の電気熱変換体２が表面に形成されたシリコ
ン基板１が、熱伝導性のよい接着剤により接着されてい
る。シリコン基板１の表面には、各電気熱変換体２に対
応したインク流路４を構成する複数の溝、及び各溝にそ
れぞれ開口する複数の吐出口３ａが形成された溝付き天
板３が接合されている。溝付き天板３がシリコン基板１
に接合されることで、各電気熱変換体２がシリコン基板
１の溝間の壁で仕切られ、各電気熱変換体２は、それぞ
れ１つのインク流路４に１つずつ配置されることにな
る。

【００２６】シリコン基板１には、電気熱変換体２を駆
動するための駆動回路（不図示）が作り込まれており、
この駆動回路はシリコン基板１の後端部（吐出口が形成
された側と反対側の端部）に形成された端子に電気的に
接続されている。また、アルミプレート１１には、シリ
コン基板１の駆動回路とインクジェット記録装置の制御
回路との中継を行うための配線基板（不図示）が固定さ
れており、配線基板の端子とシリコン基板１の端子と
は、ボンディングワイヤーを介して電気的に接続されて
いる。

【００２７】ここで、電気熱変換体２の構成について図
２を参照して説明する。電気熱変換体２は、それぞれ独
立して駆動可能な第１の発熱抵抗体５と、第１の発熱抵
抗体５よりも面積が小さい第２の発熱抵抗体６とを有す
る。第１の発熱抵抗体５は、第１の個別配線８と共通配
線７とに電気的に接続され、第２の発熱抵抗体６は、第
２の個別配線９と共通配線７とに電気的に接続される。
これにより、共通配線７と第１の個別配線８との間に電
圧を印加することで第１の発熱抵抗体５を駆動できる
し、共通配線７と第２の個別配線９との間に電圧を印加
することで第２の発熱抵抗体６を駆動できる。さらに、
共通配線７と第１の個別配線８との間、及び第２の個別
配線９との間に、同時に電圧を印加すれば、第１の発熱
抵抗体５と第２の発熱抵抗体６とを同時に駆動すること
もできる。そして、第１の発熱抵抗体５と第２の発熱抵
抗体６との間の距離ｄは、２０μｍ以下としている。こ
れにより、両者を同時に駆動したときに確実に一体の発
泡が生じる。従って、どの発熱抵抗体を駆動するかによ
ってインクの吐出量を３通りに変調させることができる
（吐出しない場合も含めると４通り）。

【００２８】第２の発熱抵抗体６は、長方形の２つの発
熱素子６ａ，６ｂで構成される。各発熱素子６ａ，６ｂ
は、その長手方向がインク流路４の幅方向と平行になる
ようにインク流路４の長さ方向に並べられて配置され、
それぞれ電流がインク流路４の幅方向に流れるように、
第２の個別配線９に直列に接続されている。また、第２
の発熱抵抗体６は第１の発熱抵抗体５よりも吐出口側に
配置されており、第２の発熱抵抗体６の発泡中心位置か
ら吐出口までの距離ＯＣ_A は、第１の発熱抵抗体５の発
泡中心位置から吐出口までの距離ＯＣ_B よりも小さい。
さらに、電流の流れる方向における第１の発熱抵抗体５
の長さ（Ｌ１）は、第２の発熱抵抗体６の長さ（Ｌ２×
２）とほぼ等しくなっている。

【００２９】以上説明したように、第２の発熱抵抗体６
を２つの発熱素子６ａ，６ｂで構成し、各発熱素子６
ａ，６ｂを上述したように配置することで、配線抵抗を
含めて考えた、第１の発熱抵抗体５の発泡しきい値電圧
と、第２の発熱抵抗体６の発泡しきい値電圧とをほぼ同
じにしつつ、第２の発熱抵抗体６の発泡中心位置を吐出
口により近く配置することができる。その結果、同一の
駆動電圧及び駆動信号で所望のインク吐出量を得ること
ができ、しかも、インク吐出速度を、インク滴の大きさ
によらずにほぼ一定とすることができる。従って、この
ようなインクジェット記録ヘッドを用いて記録を行うこ
とにより、高画質の階調記録を簡単な構成で実現するこ
とが可能となる。

【００３０】発泡しきい値電圧がどの程度ずれてもいい
かを検討した結果、安定した吐出を行うためには、すべ
ての発熱抵抗体についての発泡しきい値電圧の平均値に
１０％以上上乗せするのがよいことが確認された。ま
た、３０％以上上乗せするのは、過大なエネルギーによ
り発熱抵抗体がストレスを受け、寿命が損なわれること
も確認された。そのため、電源電圧のばらつきも考慮
し、発泡しきい値電圧を５％以内、より好ましくは３％
以内に揃えるのがよい。

【００３１】図３は、本発明のインクジェット記録ヘッ
ドの第２の実施形態の１つのインク流路についての電気
熱変換体の構成を示す図である。

【００３２】本実施形態では、第１の発熱抵抗体１５の
構成を第２の発熱抵抗体１６の構成と同様にしている。
すなわち、第１の発熱抵抗体１５は長方形の２つの発熱
素子１５ａ，１５ｂで構成され、各発熱素子１５ａ，１
５ｂは、その長手方向がインク流路１４の幅方向と平行
になるようにインク流路１４の長さ方向に並べられて配
置され、それぞれ電流がインク流路１４の幅方向に流れ
るように、第１の個別配線１８に直列に接続されてい
る。これに伴い、第１の発熱抵抗体１５の電流が流れる
方向での長さはＬ１×２となるので、第２の発熱抵抗体
１６についても、電流が流れる方向での長さをほぼ等し
くするために、その発熱素子１６ａ，１６ｂの長さＬ２
を第１の発熱抵抗体１５の発熱素子１５ａ，１５ｂの長
さとほぼ等しくしている。

【００３３】これにより、各発熱抵抗体１５，１６の電
流が流れる方向での長さを第１の実施形態よりも長くで
き、基本的な発泡パワーの調整はそれぞれの発熱素子１
５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂの幅Ｗ１，Ｗ２の調整で
すむ。従って、記録ヘッドの設計、試作、検証といっ
た、一連の開発工程を簡略化することができる。

【００３４】図４は、本発明のインクジェット記録ヘッ
ドの第３の実施形態の１つのインク流路についての電気
熱変換体の構成を示す図である。

【００３５】本実施形態は、基本的には第１の発熱抵抗
体２５及び第２の発熱抵抗体２６の構成が第２の実施形
態と同様である。ただし、インク流路２４の幅が、吐出
口２３ａに向かうにつれて徐々に広がっていく形状とな
っているので、それに合わせて各発熱抵抗体２５，２６
の発熱素子２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂの形状を変
えている。すなわち、第１の発熱抵抗体２５において
は、その発熱素子２５ａ，２５ｂのインク流路２４の幅
方向の長さをＬ１ｂ＞Ｌ１ｂとし、第２の発熱抵抗体２
６においてもその発熱素子２６ａ，２６ｂのインク流路
２４の幅方向の長さをＬ２ａ＞Ｌ２ｂとしている。

【００３６】この場合でも、電流の流れる方向での第１
の発熱抵抗体２５の長さＬ１（＝Ｌ１ａ＋Ｌ１ｂ）と第
２の発熱抵抗体２６の長さＬ２（＝Ｌ２ａ＋Ｌ２ｂ）と
をほぼ等しくし、上述の実施形態と同様の効果を得るこ
とができる。なお、配線抵抗分を加味して第１の発熱抵
抗体２５と第２の発熱抵抗体２６との発泡しきい値電圧
を合せておけば、Ｌ１とＬ２の長さはまったく同一の寸
法でなくてもよい。

【００３７】図５は、本発明のインクジェット記録ヘッ
ドの第４の実施形態のシリコン基板の平面図及びその要
部拡大図である。

【００３８】本実施形態はカラー記録用のインクジェッ
ト記録ヘッドであり、１枚のシリコン基板３１上に、ブ
ラックインク用の電気熱変換体３２ＢＫ、シアンインク
用の電気熱変換体３２Ｃ、マゼンタインク用の電気熱変
換体３２Ｍ及びイエローインク用の電気熱変換体３２Ｙ
が形成されている。なお、図５において、符号３７は、
記録装置側の電気信号を受け取るためのコンタクトパッ
ドである。また、シリコン基板３１上に破線で示した領
域は、各電気熱変換体３２ＢＫ，３２Ｃ，３２Ｍ，３２
Ｙを駆動するための機能素子が配された領域を示す。

【００３９】ブラックインク用の電気熱変換体３２ＢＫ
は、第１の実施形態と同様に配置された、第１の発熱抵
抗体３５ＢＫと２つの発熱素子３６ａＢＫ，３６ｂＢＫ
で構成される第２の発熱抵抗体３６ＢＫとを有する。イ
エローインク用の電気熱変換体３２Ｙも同様に、第１の
発熱抵抗体３５Ｙと２つの発熱素子３６ａＹ，３６ｂＹ
で構成される第２の発熱抵抗体３６Ｙとを有する。シア
ンインク用の電気熱変換体３２Ｃ及びマゼンタインク用
の電気熱変換体３２Ｍは、イエローインク用の電気熱変
換体３２Ｙと同じ構成であるので、その説明は省略す
る。

【００４０】また、カラー記録の際の色境界での混色を
抑えることを目的としてブラックインクの吐出量よりも
他の色のインクの吐出量を減らすために、イエローイン
ク用の第１の発熱抵抗体３５Ｙ及び第２の発熱抵抗体３
６Ｙの面積を、それぞれブラックインク用の第１の発熱
抵抗体３５ＢＫ及び第２の発熱抵抗体３６ＢＫの面積よ
りも小さくしている。さらに、上述した実施形態では、
例えばブラックインク用の電気熱変換体３２ＢＫにおい
て、第１の発熱抵抗体３５ＢＫと第２の発熱抵抗体３６
ＢＫについての、配線抵抗をも含めた発泡しきい値電圧
が等しくなるようにしているが、本実施形態では、さら
に、各色についても発泡しきい値電圧が等しくなるよう
にしている。

【００４１】従って、本実施形態では、こうした小型化
が可能な一体型のカラー記録ヘッドにおいても、すべて
の色について、所望のインク吐出量を同一の駆動条件で
得ることができ、かつ、インク吐出速度をインク滴の大
きさによらずにほぼ一定とすることができる。

【００４２】上述したように、本実施形態では同一のシ
リコン基板３１上に各色インク用の電気熱変換体３２Ｂ
Ｋ，３２Ｃ，３２Ｍ，３２Ｙを形成した例を示した。こ
のような構成は、小型化を大きく押し進めるために好適
であるが、本発明は必ずしも同一の基板上に形成された
場合に限定されるものではなく、各色インク用の電気熱
変換体をそれぞれ異なる基板上に形成したものであって
もよい。

【００４３】上述した４つの実施形態を通じて、１つの
インク流路内に複数の発熱抵抗体を設けている関係上、
これらに接続する配線等のために大きな面積が必要とな
る。しかし本発明ではこれに対して、駆動回路やシフト
レジスタ回路、ラッチ回路といった回路を高集積半導体
プロセスで基板に一体に作り込むことにより、工程がわ
ずかに増えるものの、基板サイズを大幅に縮小すること
ができ、結果として低コストでインクジェット記録ヘッ
ドを作製することができるようになる。

【００４４】また、図１１に示したように発熱抵抗体が
インク流路の中心線に対して非対称に配置されている
と、発泡消泡時に受ける流路壁の影響は発熱抵抗体ごと
に異なり、吐出時のインクの挙動が理論上と実際とで大
きくずれることがある。ところが本発明では、発熱抵抗
体をインク流路の中心線に対して対称に配置することが
できるので、吐出時のインクの挙動が理論上と実際とで
大きくずれることもなくなる。その結果、所望のインク
吐出量を得るための発熱抵抗体の面積や配置の設計が容
易になり、インクジェット記録ヘッドの短期間での開発
を可能とする。

【００４５】さらに、上述した実施形態では１つのイン
ク流路に対して面積の異なる２種類の発熱抵抗体を設け
た４値記録が可能な例を示したが、１つのインク流路に
対して面積の異なる３種類以上の発熱抵抗体を設け、イ
ンク吐出量をより細かく制御してもよい。この場合、最
も面積の小さい発熱抵抗体については、上述した実施形
態の第２の発熱抵抗体のように複数の発熱素子で構成さ
れるが、必要に応じて他の発熱抵抗体についても複数の
発熱素子で構成してもよい。

【００４６】次に、本発明のインクジェット記録ヘッド
カートリッジについて説明する。図８は、本発明のイン
クジェット記録ヘッドカートリッジの斜視図である。

【００４７】このインクジェット記録ヘッドカートリッ
ジは、上述した本発明のインクジェット記録ヘッド４０
を備えている。インクジェット記録ヘッド４０には、イ
ンクジェット記録ヘッド４０に供給されるインクを貯蔵
するインクタンク４１が、着脱自在にもしくは不可分に
接続されている。そして、このインクタンク４１から供
給されたインクを吐出口４２から吐出することで記録を
行う。インクタンク４１としては、インクジェット記録
ヘッド４０に合わせて単色のインクを貯蔵するものでも
よいし、複数色、例えばイエロー、マゼンタ、シアンの
インク貯蔵部が一体化されたものであってもよい。

【００４８】次に、本発明のインクジェット記録装置の
概略について説明する。

【００４９】本発明が適用されるインクジェット記録装
置の概観は、図９に示されている。螺旋溝２０４の刻ま
れたリードスクリュー２０５は、駆動モータ２１３の正
逆回転に連動し、駆動力伝達ギア２１１,２０９を介し
て回転駆動される。キャリッジＨＣはインクジェット記
録ヘッドカートリッジ２００を搭載しており、キャリッ
ジＨＣに設けられたピン（不図示）によって螺旋溝２０
４に対して係合している。さらにキャリッジＨＣは案内
レール２０３に摺動自在に案内されており、これにより
図示矢印ａ,ｂ方向に往復移動できるようになってい
る。紙押え板２０２は、キャリッジＨＣの移動方向にわ
たって、記録媒体２３０をプラテンローラ２０１に対し
て押圧する。

【００５０】フォトカプラ２０７,２０８は、キャリッ
ジＨＣのレバー２０６のこの域での存在を確認して駆動
モータ２１３の回転方向の逆転等を行なうためのホーム
ポジション検知手段を構成する。インクジェット記録ヘ
ッドの前面をキャップするキャップ部材２２２は、支持
部材２１６によって支持され、さらに吸引手段２１５を
備え、キャップ内開口２２３を介してインクジェット記
録ヘッドの吸引回復を行なう。本体支持板２１９には支
持板２１８が取付けられており、この支持板２１８に摺
動自在に支持されたクリーニングブレード２１７は、図
示しない駆動手段によって前後方向に移動される。クリ
ーニングブレード２１７の形態は図示するものに限られ
ず、公知のものが本例に適用できることは言うまでもな
い。レバー２０６は、吸引回復操作を開始するためのも
ので、キャリッジＨＣと当接するカム２２０の移動にと
もなって移動し、駆動モータ２１３からの駆動力がギア
２１０やクラッチ切換等の公知の伝達手段によって移動
制御される。

【００５１】これらのキャッピング、クリーニング、吸
引回復の各処理は、キャリッジＨＣがホームポジション
側領域にきたときリードスクリュー２０５の作用によっ
て、それぞれの対応位置で行なわれるようになってい
る。周知のタイミングで所望の作動を行なうようにすれ
ば、本例にはいずれも適用できる。

【００５２】なお、以上説明した記録装置においては、
搭載したインクジェット記録ヘッドを駆動するための記
録信号をインクジェット記録ヘッドに与える記録信号供
給手段を有し、インクジェット記録装置の駆動を司る制
御手段を有する制御部を備えている。

【００５３】また、インクジェット記録ヘッドカートリ
ッジ２００は、インクジェット記録ヘッドと一体となっ
た構成を示したが、これに限定されるものではなく、イ
ンクタンクとインクジェット記録ヘッドが別体で、イン
ク供給路を通じてインクジェット記録ヘッドに供給され
る形態としたり、インクジェット記録ヘッド部とインク
タンク部とが着脱可能な形態としてもよい。さらに、本
発明のインクジェット記録ヘッドを用いた記録装置で布
等にプリントを行うことも可能である。

【００５４】インクジェット記録ヘッドの構成として
は、上述したような吐出口、インク流路、電気熱変換体
の組み合わせ構成（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。

【００５５】また、本発明のインクジェット記録装置の
構成として設けられる、インクジェット記録ヘッドに対
しての回復手段、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、インクジェット記録ヘ
ッドに対してのキャッピング手段、クリーニング手段、
加圧あるいは吸引手段、電気熱変換体あるいはこれとは
別の加熱素子あるいはこれらの組み合わせによる予備加
熱手段、記録とは別の吐出を行う予備吐出モードを行う
ことも安定した記録を行うために有効である。

【００５６】さらに加えて、本発明に係るインクジェッ
ト記録装置の形態としては、ワードプロセッサやコンピ
ュータ等の情報処理機器の画像出力端末として一体また
は別体に設けられるものの他、リーダと組み合せた複写
装置、さらには送受信機能を有するファクシミリ装置の
形態を採るものであってもよい。

【００５７】

【実施例】次に、本発明のインクジェット記録ヘッドの
具体的な実施例について説明する。

【００５８】（第１実施例）本実施例は、図１及び図２
に示した第１の実施形態に基づく実施例である。まず、
シリコン基板１として、幅×長さが１１ｍｍ×２．５ｍ
ｍ、厚さが約０．６ｍｍの基板を用い、その面上に厚さ
約０．１μｍのＨｆＢ₂ からなる発熱抵抗体層と、厚さ
約０．５μｍのＡｌの配線層、さらには厚さ約１μｍの
ＳｉＯ₂ 層と厚さ約０．５μｍのＴａによるパッシベー
ション層を、それぞれスパッタリング工程により成膜
し、適切なフォトリソグラフ工程により所望のパターン
に仕上げる。

【００５９】そして、３６０ｄｐｉピッチで１２８本並
んだインク流路４の一つ一つに対し、図２に示すよう
に、２４μｍ×３５μｍの大きさの２つの発熱素子６
ａ，６ｂを直列に接続した第２の発熱抵抗体６と、４０
μｍ×６５μｍの大きさの第１の発熱抵抗体５とを配置
したインクジェット記録ヘッドを作製した。

【００６０】このようなインクジェット記録ヘッドを用
い、第２の発熱抵抗体６のみを駆動した場合と、第１の
発熱抵抗体５のみを駆動した場合と、両者を駆動した場
合とで、同一の駆動条件でのインクの吐出速度を比較し
たところ、図６のグラフに示すように小さなインク滴で
も十分な吐出速度が得られ、大きなインク滴の吐出速度
との差は１０％以内に収まっていた。また、第１の発熱
抵抗体５と第２の発熱抵抗体６とでの、配線抵抗を含め
た発泡しきい値電圧の差は、２％以内であった。

【００６１】（第２実施例）本実施例は、図３に示した
実施形態に基づく実施例であり、第１実施例と同様に吐
出量と吐出速度との関係を調べた。その結果、図７に示
すように、小さなインク滴と大きなインク滴とでの吐出
速度の差は１０％以内であった。

【００６２】また、本実施例では、第２の発熱抵抗体１
６の位置を固定して、ｄをパラメータとして吐出特性を
評価した。その結果、第１実施例と同様にｄが２０μｍ
以下であれば実用上ほぼ理想的な階調が得られたが、望
ましくは１５μｍ以下であった。特にインク流路壁と発
熱抵抗体との距離が近い場合には２０μｍ以下で良好で
あったが、前記距離が１０μｍ以上である場合には、ｄ
は１５μｍ以下が好適であった。

【００６３】（第３実施例）本実施例は、図５に示した
実施形態に基づく実施例である。図５において、シリコ
ン基板３１上に、ブラックインク用の電気熱変換体３２
ＢＫを６４個、その他の電気熱変換体３２Ｃ，３２Ｍ，
３２Ｙをそれぞれ２４個ずつ形成した。また、ブラック
インク用の電気熱変換体３２ＢＫについては、第１の発
熱抵抗体３５ＢＫの大きさを４０μｍ×６０μｍとし、
第２の発熱抵抗体３６ＢＫの各発熱素子３６ａＢＫ，３
６ｂＢＫの大きさを２４μｍ×３５μｍとした。イエロ
ーインク用の出に熱変換体３２Ｙについては、第１の発
熱抵抗体３５Ｙの大きさを２４μｍ×６３μｍとし、第
２の発熱抵抗体３６Ｙの各発熱素子３６ａＹ，２６ｂＹ
の大きさを１６μｍ×３７μｍとした。シアンインク用
の電気熱変換体３２Ｃ及びマゼンタインク用の電気熱変
換体３２Ｍは、イエローインク用の電気熱変換体３２Ｙ
と同様とした。

【００６４】その結果、ブラックインク用の電気熱変換
体３２ＢＫにおいては、各発熱抵抗体の駆動組み合せに
より、２５、５０、７５ｎｇの吐出が、吐出速度１０ｍ
／ｓ前後で得られた。その他の電気熱変換体３２Ｃ，３
２Ｍ，３２Ｙにおいては、各発熱抵抗体の駆動組み合せ
により、１５、３０、４５ｎｇの吐出が、吐出速度１０
ｍ／ｓ前後で得られた。また、各発熱抵抗体についての
発泡しきい値電圧の平均値は、５％以内であった。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように本発明のインクジェ
ット記録ヘッドは、少なくとも一番小さい面積の発熱抵
抗体を、並列に配置し、かつ、電気的に直列に接続され
た複数の発熱素子で構成するとともに、面積の小さい発
熱抵抗体を面積の大きい発熱抵抗体よりも吐出口側に配
置することにより、発泡しきい値電圧をほぼ等しくし、
所望の吐出量を同一の駆動条件で得ることができ、しか
もその吐出速度をほぼ等しくすることができる。

【００６６】また、各発熱抵抗体をインク流路の中心線
に対して対称に配置することで、理論上と実際とでの吐
出時のインクの挙動のずれが小さいので、所望のインク
吐出量を得るための発熱抵抗体の面積や配置の設計を容
易に行うことができる。さらに、各発熱抵抗体間の距離
を２０μｍ以下とすることで、すべての発熱抵抗体を同
時に駆動したとき、より確実に一体の発泡を生じさせる
ことができる。

【００６７】本発明のインクジェット記録ヘッドカート
リッジ及びインクジェット記録装置は、上記本発明のイ
ンクジェット記録ヘッドを備えているので、高画質の階
調記録を簡単な構成で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット記録ヘッドの第１の実
施形態の一部を破断した要部斜視図である。

【図２】図１に示したインクジェット記録ヘッドの１つ
のインク流路についての電気熱変換体の構成を示す図で
ある。

【図３】本発明のインクジェット記録ヘッドの第２の実
施形態の１つのインク流路についての電気熱変換体の構
成を示す図である。

【図４】本発明のインクジェット記録ヘッドの第３の実
施形態の１つのインク流路についての電気熱変換体の構
成を示す図である。

【図５】本発明のインクジェット記録ヘッドの第４の実
施形態のシリコン基板の平面図及びその要部拡大図であ
る。

【図６】本発明の第１実施例でのインク吐出量と吐出速
度の関係を示すグラフである。

【図７】本発明の第２実施例でのインク吐出量と吐出速
度の関係を示すグラフである。

【図８】本発明のインクジェット記録ヘッドカートリッ
ジの一実施形態の斜視図である。

【図９】本発明のインクジェット記録装置の一実施形態
の斜視図である。

【図１０】背景技術に係るインクジェット記録ヘッドに
おけるインク吐出量と吐出速度の関係を示すグラフであ
る。

【図１１】背景技術に係るインクジェット記録ヘッドの
１つのインク流路についての電気熱変換体の構成を示す
図である。

【図１２】従来のインクジェット記録ヘッドの１つのイ
ンク流路についての電気熱変換体の構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１，３１シリコン基板２，３２ＢＫ，３２Ｃ，３２Ｍ，３２Ｙ電気熱変換
体３溝付き天板３ａ，２３ａ吐出口４，１４，２４インク流路５，１５，２５，３５ＢＫ，３５Ｙ第１の発熱抵抗
体６，１６，２６，３６ＢＫ，３６Ｙ第２の発熱抵抗
体７共通配線８，１８第１の個別配線９第２の個別配線１１アルミプレート３７コンタクトパッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者荒島輝雄東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者 ▲高▼橋亘東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インク流路と、前記インク流路内に配置
され、それぞれ面積が異なり独立して駆動可能な複数の
発熱抵抗体を備えた電気熱変換体とを有し、所定の発熱
抵抗体を駆動することにより、駆動した発熱抵抗体の面
積に応じた気泡を前記インク流路内のインクに生じさ
せ、異なる体積のインクを吐出口から吐出するインクジ
ェット記録ヘッドにおいて、前記各発熱抵抗体のうち、面積が小さいものは面積が大
きいものよりも前記吐出口に近い位置に配置されるとと
もに、少なくとも面積が一番小さい発熱抵抗体は、並列に配置
され、かつ、電気的に直列に接続された複数の発熱素子
で構成され、インクに気泡を生じさせるための発泡しきい値電圧が、
前記発熱抵抗体ごとにほぼ等しいことを特徴とするイン
クジェット記録ヘッド。
【請求項２】前記発泡しきい値電圧がほぼ等しいと
は、前記各発熱抵抗体についての発泡しきい値電圧が、
その平均値から５％以内の範囲の電圧にあることである
請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】前記各発熱抵抗体の電流が流れる方向の
長さは、前記発泡しきい値電圧がほぼ等しくなる程度に
等しい長さである請求項１または２に記載のインクジェ
ット記録ヘッド。
【請求項４】前記各発熱抵抗体は、それそれ前記イン
ク流路の中心線に対して対称に配置されている請求項
１、２または３に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】前記各発熱抵抗体は、互いに隣接する発
熱抵抗体間の距離が２０μｍ以下となるように配置され
ている請求項１、２、３または４に記載のインクジェッ
ト記録ヘッド。
【請求項６】前記発熱抵抗体が前記インク流路の流路
壁から１０μｍ以上離れている場合には、前記流路壁か
ら１０μｍ以上離れている発熱抵抗体とそれに隣接する
発熱抵抗体との間の距離が１５μｍ以下となるように配
置されている請求項５に記載のインクジェット記録ヘッ
ド。
【請求項７】異なる色のインクを吐出するために、吐
出するインクの色ごとに前記インク流路及び前記電気熱
変換体が設けられている請求項１ないし６のいずれか１
項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項８】前記異なる色のインクのうち１色は黒イ
ンクであり、前記黒インクを吐出するための電気熱変換
体の各発熱抵抗体の面積は、他の色のインクを吐出する
ための電気熱変換体の、対応する発熱抵抗体の面積より
も大きい請求項７に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項９】前記電気熱変換体は１枚の基板上に形成
されており、前記基板には、前記電気熱変換体を駆動す
るためのドライブ回路と、シフトレジスタ回路と、ラッ
チ回路とが作り込まれている請求項１ないし８のいずれ
か１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１０】請求項１ないし９のいずれか１項に記
載のインクジェット記録ヘッドと、前記インクジェット
記録ヘッドに供給するインクを貯蔵するインクタンクと
を有するインクジェット記録ヘッドカートリッジ。
【請求項１１】請求項１ないし９のいずれか１項に記
載のインクジェット記録ヘッドを備え、記録信号に基づ
いてインクを前記インクジェット記録ヘッドの吐出口か
ら吐出して記録を行うインクジェット記録装置。
【請求項１２】請求項１０に記載のインクジェット記
録ヘッドカートリッジを備え、記録信号に基づいてイン
クを前記インクジェット記録ヘッドカートリッジのイン
クジェット記録ヘッドの吐出口から吐出して記録を行う
インクジェット記録装置。