KR20060103230A

KR20060103230A - 액체 토출 헤드 및 액체 토출 장치

Info

Publication number: KR20060103230A
Application number: KR1020060026915A
Authority: KR
Inventors: 다께오 에구찌; 미노루 고노; 가즈야스 다께나까; 이와오 우시노하마
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 2005-03-25
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2006-09-28
Also published as: EP1705013B1; US7524020B2; JP2006264200A; CN100515775C; US20060214975A1; JP4835018B2; CN1865007A; DE602006020366D1; EP1705013A1

Abstract

노즐(18)을, 거리 δ를 두고 평행하게 배치된 2개의 가상 직선 R1 및 R2를 따라 배치한다. 가상 직선 R1 또는 R2 중 적어도 한쪽을 따라 배열된 노즐(18)은, 다른쪽의 가상 직선측에 편향하여 액체가 토출되도록 형성되어 있다. 가상 직선 R1을 따라 배열된 노즐(18)에 의해 형성된 도트 열의 중심과, 가상 직선 R2를 따라 배열된 노즐(18)에 의해 형성된 도트 열의 중심간의 거리 σ는, 거리 δ보다도 짧게 되도록 형성되어 있다. 이에 의해, 헤드와 기록 매체 사이의 상대 이동 속도나, 기록 매체의 반송 방식에 좌우되지 않고, 도트 배열을 일직선에 가깝게 할 수 있다.

노즐, 잉크 액적, 토출 방향, 도트 열, 발열 소자, 노즐 열간 거리, 발열 저항체 압력 중심간 거리

Description

액체 토출 헤드 및 액체 토출 장치{LIQUID-EJECTING HEAD AND LIQUID-EJECTING DEVICE}

도 1은 본 실시 형태의 헤드를 도시하는 부분 사시도.

도 2는 본 실시 형태의 라인 헤드를 도시하는 평면도.

도 3은 종래의 잉크 액적의 토출 방향(도면에서, (A))과, 본 실시 형태에 의한 잉크 액적의 토출 방향(도면에서, (B) 및 (C))을 대비하여 도시하는 도면.

도 4는 잉크 액적의 토출 방향을 편향시키지 않는 경우(도면에서, (A))와, 잉크 액적의 토출 방향을 편향시키는 경우(도면에서, (B) 및 (C))를 도시하는 도면.

도 5의 (A), (B)는 모두 발열 소자, 노즐 및 배리어층의 형상을 도시하는 도면.

도 6의 (A), (B)는 모두 도 5의 (A)의 잉크 액실의 구조를 적용하여 배열한 경우를 도시하는 도면.

도 7은 도 5의 (B)의 구조에서 지그재그 배열을 적용한 예를 도시하는 평면도.

도 8의 (A), (B)는 각각 도트 열을 도시하는 평면도.

도 9는 잉크 액적의 토출 방향을 편향하는 수단을 구체화한 회로도.

도 10은 σ=42.3㎛의 장치와, σ=0의 장치를 이용하여 문자 폭이 약 0.3㎜인 「25」라는 문자를 기록하였을 때의 결과를 비교한 확대 사진을 도시하는 도면.

도 11은 실시예의 헤드의 사양을 도시하는 도면.

도 12는 실시예의 라인 잉크제트 프린터를 도시하는 도면.

도 13은 실시예에서의 실험 결과를 도시하는 도면으로서, (A)는 실제로 형성된 도트 열을 도시하는 도면, (B)는 추측되는 잉크 액적의 토출 방향을 도시하는 도면.

도 14는 실시예에서의 실험 결과를 도시하는 도면으로서, (A)는 실제로 형성된 도트 열을 도시하는 도면, (B)는 추측되는 잉크 액적의 토출 방향을 도시하는 도면.

도 15는 실시예에서의 실험 결과를 도시하는 도면으로서, (A)는 실제로 형성된 도트 열을 도시하는 도면, (B)는 추측되는 잉크 액적의 토출 방향을 도시하는 도면.

도 16은 실시예의 헤드의 오프셋량과 도트 배열 보정 효과의 예를 도시하는 도면.

도 17은 실시예에서의 가압 홈 방식의 헤드의 사양을 도시하는 도면.

도 18은 가압 홈 방식의 구체적 구조(배리어층의 구조)를 도시하는 도면.

도 19는 실시예의 가압 홈 방식에서의 토출 결과를 나타내는 확대 사진을 도시하는 도면.

도 20은 도 16에 새롭게 가압 홈 방식에서의 예상 보정 특성 영역을 부가한 도면.

도 21은 도 3이나 도 4와 동일하게, 노즐의 배열 방향으로부터 잉크 액적의 토출 상태를 본 도면.

도 22의 (A)은 노즐을 직선 배열하였을 때의 예이고, (B)는 노즐을 지그재그 배열하였을 때의 예를 도시하는 도면.

도 23은 도트 배열을 도시하는 도면으로서, (A)는 상대 이동이 없는 것을 도시하고, (B)는 상대 이동이 있는 것을 도시하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11 : 헤드

12 : 잉크 액실

13 : 발열 소자

14 : 기판 부재

15 : 반도체 기판

16 : 배리어층

17 : 노즐판

18 : 노즐

19 : 헤드 칩

Q1, Q2 : 발열 소자 압력 중심 라인

R1, R2 : 가상 직선

[특허 문헌1] 일본 특허 제2720989호 공보

[특허 문헌2] 일본 특개2001-10056호 공보

[특허 문헌3] 일본 특개2004-1364호 공보

[특허 문헌4] 일본 특개2004-58649호 공보

[특허 문헌5] 일본 특개2004-136628호 공보

본 발명은, 액체 토출부의 배열 방향에서, 액체 토출부를 지그재그 배열하였을 때라도, 착탄한 도트 열이 거의 일직선 상에 배열되도록 한 액체 토출 헤드 및 액체 토출 장치에 관한 것이다.

액체 토출 장치 등에서, 가능한 한 미세한 피치로 노즐(노즐을 갖는 액체 토출부) 열을 실현하고자 할 때, 1개의 직선을 따라 노즐을 배열하면, 인접하는 노즐 사이의 거리와 노즐 피치가 동일하게 된다. 이에 대하여, 복수의 직선을 따라 노즐마다 순차적으로 지그재그 형상으로 배열하면, 노즐 사이의 거리는, 노즐 피치보다 크게 할 수 있다.

도 22는 이 때의 상태를 도시하는 도면으로서, (A)는 노즐을 직선 배열하였을 때의 예이고, (B)는 노즐을 지그재그 배열하였을 때의 예를 도시하는 도면이다.

도 22의 (B)에서는, 2개의 노즐 열 R1 및 R2를 갖는다. 여기서, 노즐 열 R1과 R2 사이의 거리는 δ이다. 또한, 노즐의 배열 방향의 피치는, (A)와 동일한 P 이다.

따라서, (A)에서는 노즐 중심간의 거리(노즐 피치)는 P이지만, (B)의 경우에는 인접하는 노즐 중심간 거리는, 「√(P²+δ²)」으로 되기 때문에, (A)의 경우보다도 긴 거리를 취할 수 있다.

이 효과는, (A) 및 (B)의 각각의 하단에 표시된 착탄 도트 열에도 반영된다. 즉, 통상적으로, 잉크 액적이 기록 매체 상에 착탄되었을 때의 도트는, 거의 원형 형상으로서 남고, 적어도 통상의 잉크제트 헤드의 경우에는, 그 직경이 기록 피치에 거의 동일한 액적량으로 선정된다. 이 때문에, (A)의 경우에는, 인접하는 도트끼리가 거의 접하는 배열로 된다. 이에 대하여, (B)의 경우에는, 지그재그 형상으로 배열되어, 상호 간극이 생긴다.

또한, 노즐로부터 토출되는 잉크 액적의 비상 방향을, 노즐의 중심을 통과하는 법선 방향에 일치시키기 위해 또는 가깝게 하기 위해, 다양한 방법이 개시되어 있다.

예를 들면, 특허 문헌1과 같이, 노즐의 중심선을, 저항기의 중심보다도 잉크 공급측에 오프셋을 갖게 하는 방법이나, 그것과는 반대 방법, 즉, 특허 문헌2와 같이, 노즐의 중심선을, 잉크 액실의 중심보다도 잉크 액실의 깊이측에 배치하는 방법 등이 제안되어 있다(또한, 상기한 바와 같이, 특허 문헌1과 특허 문헌2에서는, 노즐의 중심을 어긋나게 하는 방향이 반대로 되어 있다).

그런데, 노즐 열간 거리 δ를 취한 지그재그 배열의 헤드를 이용하여 노즐면 에 수직으로 잉크 액적을 토출하면, 당연한 결과로서, 인접하게 되는 도트 사이에는, 노즐의 지그재그 배열간의 거리 δ와 동일한 정도의 어긋남 σ가 발생한다(도 22의 (B) 참조).

여기서, 노즐측의 지그재그 배열간의 거리 δ와, 토출된 액적에 의해 형성된 도트 열간의 거리 σ는, 엄밀하게는 동일하지는 않다. 그 이유는, 다음의 2개의 요인에 의한다.

첫째, 잉크 액적의 토출 각도는 일정값이 아니기 때문이다.

통상적으로, 잉크 액적은, 노즐에서 떨어진 후, 공기 중을 비상하여 착탄하기 때문에, 노즐에서 떨어질 때에도 노즐 표면(특히 오리피스 근방)이 사세한 오염에 의한 습윤성의 차나 티끌의 부착, 노즐의 근소한 형상의 차이 등에 의해 노즐마다 토출 방향도 변동되어, 마이크로적으로 관찰하면 모두 서로 다른 토출 각도로 노즐면으로부터 토출되어, 기록 매체 상에 착탄된다고 생각된다. 즉, 노즐 열간의 거리가 δ 이어도, 착탄한 도트 열간의 거리가 δ로는 되지 않고, 변동분을 포함한 σ로서 정의되는 것이 타당하기 때문이다. 물론 노즐과 기록 매체 사이의 거리가 작으면, 도트 열간의 거리 σ는, 노즐 배열간의 거리 δ에 가까운 값으로 된다.

또한, 둘째, 헤드와 기록 매체가 상대적으로 이동하기 때문이다.

여기서, 각 노즐에의 잉크 공급은, 통상적으로, 공통 유로를 통해 행해지기 때문에, 복수의 노즐로부터 잉크 액적을 일제히 토출시키면, 간섭 문제가 발생한다(간섭에 의해 잉크 공급 시의 압력이 변동된다). 간섭에 의한 압력 변동은, 잉크를 공급할 때에 공통 유로를 사용하면 발생하기 쉬운 일반적인 문제로, 잉크제트 프린터 등에서는 농도 불균일 등의 화질 열화로 이어지는 경우가 있다.

따라서, 이 문제를, 실용상 지장이 없는 범위로 억제하기 위해, 예를 들면 잉크제트 프린터에서는 수100의 단위로 존재하는 노즐을 몇개의 그룹(예를 들면 토출로 상실되는 잉크의 보충 시간 등의 제약으로부터, 32개, 혹은 64개 등)으로 나누고 있다. 그리고, 그룹 사이에서, 동시에 토출을 하는 노즐이 존재하는 그룹이 복수 있었다고 해도, 각 그룹 중에서는 동일 시각에는 1개의 노즐로부터만 토출되도록 하고 있다(서멀 방식의 경우에는, 또한, 발열 소자에 공급하는 전류 집중 문제도 있다).

이와 같이, 한번, 특정한 노즐로부터 토출이 행해지면, 다음에 동일한 노즐로부터 재차 토출을 행할 수 있을 때까지는 리필 기간(토출로 상실되는 액체를 보충하는 기간)이 필요로 된다. 그리고, 이 기간 중에는, 그 (토출한) 노즐로부터 충분히 떨어진 곳의 노즐을 교대로, 혹은 순차적으로 토출시키고 있다. 그리고, 그 동안에 기록 매체를 헤드에 대하여 상대적으로 정지시켜 1사이클을 완료시키는 방법과, 그 동안에도 연속하여 기록 매체를 헤드에 대하여 상대적으로 이동시키는 방법이 있다.

전자의 방법에서는, 1사이클에서의 도트 배치는, 물리적인 노즐의 배치에 상기 제1 점에서 설명한 요소가 가해진 것으로 되며, 일반적으로는, 거의 노즐 배치와 동일한 도트 배열이 얻어진다.

한편, 후자의 경우에는, 각 도트가 착탄할 때마다 조금씩 노즐 배열의 패턴으로부터 어긋나게 된다.

도 23은 이 상태를 도시한 것으로서, (A)는 상대 이동이 없는 것을 나타내고, (B)는 상대 이동이 있는 것을 나타낸다.

도 23의 예에서는, 토출은 노즐 배열의 「1」→「3」→「5」→「2」→「4」→「6」순으로 순회하고 있는 것으로 하고, 토출 사이클의 각 숫자는 사이클 중의 토출순을 나타내고 있다(이 예에서는 그룹수는 1이고, 그룹 규모가 6이라는 것으로 된다).

도 23의 예에서 명백해지는 바와 같이, (A)와 같이 1토출 사이클 중에 기록 매체와 헤드 사이에 상대 이동이 없으면 노즐 배열과 도트 배열은 비슷한(이 경우에는 직선) 것으로 된다.

이에 대하여, (B)와 같이, 헤드와 기록 매체가 상대 이동하는 경우에는, 상대 이동 속도에 의해서도, 노즐로부터의 토출순에 의해서도 영향을 받아, 도트 배열이 노즐 배열과 동일한 형상의 배열로 되지 않는다고 하는 문제가 있다.

도 23의 (B)에서는, 헤드와 기록 매체와의 상대 속도가 빠른 경우를 도시하고 있지만, 실제의 잉크제트 프린터에서는, 헤드와 기록 매체가 어긋나는 거리는, 최고속이라도 1토출 사이클에 1화소, 즉 정확히 노즐 피치 P와 동일하게 설정된다.

또한 고화질을 요구하는 경우에는(1화소 내에 복수의 도트를 배치하기 위해서는), 복수의 토출 사이클 기간이 1노즐 피치 P의 거리로 되도록 헤드와 기록 매체의 상대 속도가 선택된다. 이에 의해, 도 22의 (B)의 도트 배열은, 실제에 가까운 상태를 나타내고 있는 것으로 된다.

잉크제트 프린터의 경우, 실질적으로 노즐 배열과 도트 배열이 동일한 형태 를 하고 있는 상태에서 정확히 도트 1열분을 그리기 위한 기록 신호가 각 노즐에 순차적으로 공급된 것으로 하면, 직선 배열이면 도트의 직경에 상당하는 선 폭의 직선(마이크로로 보면 거의 원형의 도트의 집합)을 그을 수 있게 되지만, 지그재그 배열에서는 도트가 세로 방향으로 2열 배열되기때문에, 선 폭이 2배로 되게 된다고 하는 문제가 있다.

단, 동일한 측의 도트는 하나 건너 배열되기 때문에, 각각의 측의 도트 중심을 통과하는 농도가 절반으로 된 선이 2개 접하도록 배열하는 것으로서, 농도적으로 2배 굵게 보이는 것은 아니다.

실제로, 도트 직경이 매우 작고, 노즐 피치 P가 충분히 작으면, 양자의 차는 매우 작아, 육안으로는 구별되지 않을 정도이다. 그러나, 원리적으로는 헤드와 기록 매체와의 상대 이동 방향의 해상도가 저하되어 있기 때문에, P의 값에 따라서는 문제로 되는 경우가 있다.

헤드와 기록 매체와의 상대 위치가 스텝 형상으로 이동하는 도 23의 (A)의 방식에서는, 통상적으로, 상대 이동 기간 중에는, 토출을 행하지 않는다. 따라서, 토출을 행할 때에는, 헤드와 기록 매체가 정지 상태에 있기 때문에, 앞의 방법은 사용할 수 없어, 지그재그 배열의 노즐이면 도트 배열도 지그재그인 상태 그대로로 되지만, 종이 이송을 절반의 피치로 보내고, 토출 신호도 그것에 맞추면, 도트 열을 직선 배열로 수정할 수 있다.

그러나, 스텝 형상으로 헤드나 기록 매체를 보내는 방식은, 소음이 발생하기 쉽고, 특히 고속으로 기록을 행하는 경우에는, 소음 문제가 한층 더 심하게 된다고 하는 문제가 있다.

이에 대하여, 헤드와 기록 매체와의 상대 위치가 연속적으로 이동하는 도 23의 (B)의 방식이면, 노즐에 제공하는 토출 신호의 발생 타이밍을 2종류 갖게 하여, 지그재그 배열의 노즐 중, 한쪽측만 토출 시간을 지연시키고, 지연에 의해 발생하는 기록 매체 상의 거리가 다른쪽측의 도트에 배열되도록 함으로써 착탄되는 도트 열을, 지그재그 배열로부터 직선 배열로 수정할 수 있다. 즉, 도 22의 (B)에서, σ=0으로 할 수 있다.

그러나, 이 방식에서는, 헤드와 기록 매체 사이의 상대 속도가 변화되면, 도트 배열도 변화되게 되기(헤드와 기록 매체의 상대 이동 방향의 신축이 발생하기) 때문에, 예를 들면 기록 방식을 변화시킬 때에는, 그것에 수반하여 토출 타이밍(실제로는 메모리에서 제어)을 변화시켜야만 한다고 하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 노즐이 지그재그 배열된 구조를 갖는 액체 토출 헤드 또는 액체 토출 장치에서, 헤드와 기록 매체 사이의 상대 이동 속도나, 기록 매체의 반송 방식에 좌우되지 않고, 도트 배열을 일직선에 가깝게 하는 것이다.

따라서 본 발명은, 이하의 해결 수단에 의해, 상술한 과제를 해결한다.

본 발명은, 액적을 토출하는 노즐을 갖는 액체 토출부를 복수 배열한 액체 토출 헤드로서, 상기 노즐을, 거리 δ를 두고 평행하게 배치된 2개의 가상 직선 R1 및 R2를 각각 따르도록 배치함과 함께, 상기 가상 직선 R1과 상기 가상 직선 R2에 각각 배치된 인접하는 2개의 상기 노즐의 상기 가상 직선 R1 및 R2 방향에서의 거리를 일정값 P로 형성하고, 상기 가상 직선 R1 또는 R2 중 적어도 한쪽의 상기 가상 직선을 따라 배열된 상기 액체 토출부는, 다른쪽의 상기 가상 직선측에 편향하여 액체가 토출되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 발명에서는, 가상 직선 R1측 또는 R2 중 적어도 한쪽의 액체 토출부로부터 토출되는 액체는, 다른쪽의 가상 직선측에 토출된다. 따라서, 액체가 착탄하여 형성된 도트 열의 중심간 거리는, 가상 직선 R1과 R2 사이의 거리보다도 짧아진다.

또한, 본 발명 및 본 실시 형태에서, 「평행」, 「직교」, 「90도」 또는 「제로」와 같은 표현은, 이론상(수학상), 완전하게 「평행」, 「직교」, 「90도」 또는 「제로」를 의미하는 것이 아니라, 실제로 장치를 제조하였을 때의 제조 오차 등의 범위에서의 어긋남을 허용하는 의미(실질, 대략을 포함하는 의미)이다.

마찬가지로, 「직선」은, 수학상의 직선뿐만 아니라, 실질적으로 또는 거의 직선으로 간주할 수 있는 선을 포함하는 의미이다.

본 발명에 따르면, 형성되는 도트 열이 2개의 가상 직선 상에 배열되는 경우, 그 도트 열간의 거리를, 가상 직선 R1 및 R2 사이의 거리보다도 짧게 하거나, 혹은, 도트 열간의 거리를, 실질상 제로로 하는 것도 가능하다.

이하, 도면 등을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.

본 발명에서의 액체 토출 헤드는, 하기 실시 형태에서는, 예를 들면 도 1에 도시한 바와 같이, 잉크제트 프린터의(잉크제트) 헤드(11)에 상당하는 것이다. 또한, 하기 실시 형태에서, 토출 압력 발생 소자로서 발열 소자(보다 구체적으로는 발열 저항체)(13)를 사용한 서멀 방식의 헤드(11)로 되어 있다. 또한, 잉크를 수용하는 액실이 잉크 액실(12)이고, 노즐(18)로부터 액적으로서 토출되는 미소량(예를 들면, 수 피코리터)의 잉크(액체)가 잉크 액적이다. 또한, 잉크 액적의 착탄 대상물(액체 착탄 대상물)이 기록 매체(기록 용지 등)이다.

또한, 이하의 실시 형태의 설명에서의 기호는, 이하의 의미로 사용한다.

R1 : 노즐(18)의 배열 방향으로 평행한 직선으로서, 1개 건넌 노즐(18)의 중심이 위치하는 가상 직선. 이 가상 직선 R1에 배열된 복수의 노즐을 노즐 열 R1이라고 한다.

R2 : 노즐(18)의 배열 방향(및 가상 직선 R1)에 평행한 직선으로서, 노즐(18)과의 중심선이 가상 직선 R1 상에 없는 1개 건넌 노즐(18)의 중심이 위치하는 가상 직선. 이 가상 직선 R2에 배열된 복수의 노즐을 노즐 열 R2라고 한다.

P : 노즐(18)의 배열 방향에서의 노즐 중심간의 간격으로서, 가상 직선 R1 상에 배치된 노즐(18)과, 그 노즐(18)과 인접하는 가상 직선 R2 상에 배치된 노즐(18)의, 가상 직선 R1 및 R2 방향에서의 거리(노즐 피치).

δ : 가상 직선 R1과 R2 사이의 거리로서, 가상 직선 R1 및 R2에 대하여 직교하는 방향에서의 거리(노즐 열간 거리).

Q1 : 가상 직선 R1 상의 노즐(18)에 대응하는 발열 소자(13)의 압력 중심 라인. 또한, 발열 소자(13)의 도심을 연결하는 도심 라인과는 다르다.

Q2 : 가상 직선 R2 상의 노즐(18)에 대응하는 발열 소자(13)의 압력 중심 라인. 또한, 발열 소자(13)의 도심을 연결하는 도심 라인과는 다르다.

δ' : 압력 중심 라인 Q1과 압력 중심 라인 Q2 사이의 거리로서, 노즐(18)의 배열 방향(가상 직선 R1 및 R2)에 직교하는 방향에서의 거리.

H : 노즐면과 기록 매체 사이의 거리.

S1 : 가상 직선 R1측의 노즐(18)로부터 토출된 잉크 액적에 의해 형성된 도트 열의 중심을 연결하는 직선. 이 직선 S1에 배열된 복수의 도트를 도트 열 S1이라고 한다.

S2 : 가상 직선 R2측의 노즐(18)로부터 토출된 잉크 액적에 의해 형성된 도트 열의 중심을 연결하는 직선. 이 직선 S2에 배열된 복수의 도트를 도트 열 S2라고 한다.

σ : 도트 열 S1과 도트 열 S2 사이의 거리로서, 노즐(18)의 배열 방향(가상 직선 R1 및 R2)에 직교하는 방향에서의 거리(도트 열간 거리).

α, β : 노즐(18)로부터 노즐면에 대하여 수직으로 잉크 액적이 토출되었을 때의 토출 방향과, 실제로 노즐(18)로부터 잉크 액적이 토출되었을 때의 토출 방향이 이루는 각도.

hc : 노즐(18)의 중심과 발열 소자(13)의 도심의 어긋남량으로서, 노즐(18)의 배열 방향에 대하여 직교하는 방향에서의 거리(오프셋량).

Dy : 노즐(18)로부터 노즐면에 대하여 수직으로 잉크 액적이 토출되며, 그것이 기록 매체에 착탄하여 형성된 노즐 열의 중심과, 실제로 노즐(18)로부터 잉크 액적이 토출되며, 그것이 기록 매체에 착탄하여 형성된 노즐 열의 중심과의 사이의 거리로서, 노즐 열의 배열 방향(노즐(18)의 배열 방향, 또는 가상 직선 R1 및 R2의 방향)에 대하여 직교하는 방향에서의 거리(편향량).

도 1은 본 실시 형태의 헤드(11)를 도시하는 부분 사시도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 헤드(11)는, 기판 부재(14)로 되는 반도체 기판(15)에 배리어층(16)이 적층되며, 이 배리어층(16)에 노즐판(노즐 시트)(17)이 접합됨으로써 구성된다. 또한, 도 1에서는, 설명의 편의상, 노즐판(17)을 분해하여 도시하고 있다. 또한, 이하의 설명에서, 헤드(11)로부터 노즐판(17)을 제외한 부분을, 헤드 칩(19)이라고 한다.

여기서, 반도체 기판(15)은, 실리콘, 글래스, 세라믹스 등으로 이루어지는 것이다. 그리고, 발열 소자(13)는, 이 반도체 기판(15)의 한쪽의 면(도 1에서는 상면)에, 반도체나 전자 디바이스 제조 기술용의 미세 가공 기술을 이용하여 석출 형성(예를 들면, 발열 소자(13)로 되는 재료를 플라즈마에 의한 스퍼터링법에 의해 성막)한 것으로서, 마찬가지로 하여 반도체 기판(15)에 형성된 도체부(도시 생략)를 개재하여, 동일하게 내부에 설치된 구동 회로, 제어 로직 회로 등을 지나서 외부 회로와 전기적으로 접속되어 있다.

또한, 배리어층(16)은, 반도체 기판(15)에서의 발열 소자(13)측에 형성된 것으로서, 발열 소자(13)의 주변부를 제외한 부분에, 감광성 수지로 패터닝 형성되어 있다. 즉, 배리어층(16)은, 예를 들면, 감광성 환화 고무 레지스트나 노광 경화형의 드라이 필름 레지스트로 이루어져 있고, 반도체 기판(15)의 발열 소자(13)가 형 성된 면의 전체에 적층된 후, 포토리소 프로세스에 의해, 불필요한 부분이 제거됨으로써 형성된다.

또한, 노즐판(17)은, 복수의 노즐(18)이 배열되도록, 예를 들면, 니켈(Ni)에 의한 전기 주조 기술에 의해 형성된 것이다. 그리고, 노즐판(17)의 각 노즐(18)의 위치와, 반도체 기판(15) 상의 각 발열 소자(13)의 위치가 대응하도록 위치 결정이 이루어지며, 배리어층(16) 상에 접합된다.

또한, 노즐(18)은, 거리(노즐(18) 열간 거리) δ만큼 두고 평행하게 배치된 2개의 가상 직선 R1 및 R2에 배치되도록(노즐(18)의 중심축이 가상 직선 R1 및 R2 상에 있는 바와 같이) 배치되어 있다. 그리고, 인접하는 노즐(18)은, 각각 가상 직선 R1과 R2와 교대로 배치되어 있다. 또한, 인접하는 노즐(18)의 가상 직선 R1 및 R2 방향에서의 피치(노즐 피치)는, P로 설정되어 있다. 또한, 이와 같이 가상 직선 R1과 R2에 교대로 노즐(18)을 배치하였을 때의 배열을 「지그재그 배열」이라고 한다.

각 잉크 액실(12)은, 발열 소자(13)를 둘러싸도록 하며, 반도체 기판(15)과 배리어층(16)과 노즐판(17)으로 구성된다. 즉, 반도체 기판(15) 및 발열 소자(13)는 잉크 액실(12)의 윗벽을 구성하고, 배리어층(16)은 잉크 액실(12)의 3개의 측벽을 구성하며, 노즐판(17)은 잉크 액실(12)의 바닥벽을 구성한다. 또한, 도 1에서는, 각 발열 소자(13)와 각 노즐(18)과의 위치 관계가 명백하게 되도록, 헤드(11)의 상하 관계가 역전되어 있다.

또한, 각 잉크 액실(12)은, 도 1에서, 우측 아래 방향으로 개구 영역을 갖고 있고, 이 개구 영역이 공통의 잉크 유로에 연통한다. 그 때문에, 잉크 탱크(도시 생략) 내의 잉크는, 공통의 잉크 유로를 통해, 각각의 개구 영역으로부터 각 잉크 액실(12) 내에 공급되게 된다.

또한, 이상의 잉크 액실(12), 발열 소자(13), 및 노즐(18)을 포함하는 부분을 「액체 토출부」라고 한다. 즉, 헤드(11)는 액체 토출부가 복수 배열된 것이다.

도 2는 본 실시 형태의 라인 헤드(10)를 도시하는 평면도이다.

도 2의 라인 헤드(10)에서는, 4개의 헤드(11)(「N-1」, 「N」, 「N+1」, 「N+2」)를 도시하고 있다. 이와 같이, 헤드(11)가 병설되어 있다. 여기서, 도 2에 도시한 라인 헤드(10)는, 헤드 칩(19)을 복수 병설하고, 복수의 노즐(18)이 형성된 1매의 노즐판(17)을 접합시킴으로써 구성되어 있다.

그리고, 이 라인 헤드(10)는, 인접하는 헤드(11)의 각 단부에 있는 노즐(18)도 포함시키고, 각 노즐(18)이 동일 피치 P로 배열되어 있다. 즉, A부 상세로서 도시한 바와 같이, N번째의 헤드(11)의 우측 단부에 있는 노즐(18)과, N+1번째의 헤드(11)의 좌측 단부에 있는 노즐(18)의 피치 P가 각각의 헤드(11)에서의 각 노즐(18) 피치 P와 동일하게 되도록, 각 헤드(11)가 배치된다.

또한, 이러한 라인 헤드(10)를 필요 수만큼 노즐(18)의 배열 방향과 직교하는 방향으로 배열하여 헤드 열을 구성하고, 헤드 열마다 서로 다른 색의 잉크를 공급함으로써 컬러 인화에 대응시킬 수도 있다. 예를 들면, 헤드 열을, Y(옐로우), M(마젠타), C(시안), K(블랙)의 4열 구성으로 하면, 컬러 대응의 잉크제트 프린터 로 할 수 있다.

그리고, 각 헤드(11) 열에 각각 결합된 4색의 잉크 탱크(도시 생략)로부터 각 색의 잉크를 공급함으로써, 도 1에 도시한 잉크 액실(12)에 잉크를 수용하고, 그 후, 인화 데이터에 기초하여, 발열 소자(13)에 단시간(예를 들면, 1∼3μsec)만큼 펄스 전류를 흘리면, 그 발열 소자(13)가 급속하게 가열되어, 발열 소자(13)와 접하는 부분의 잉크에 막 비등에 의한 기포를 발생시킬 수 있다. 이에 의해, 그 기포의 팽창에 의해 소정의 체적의 잉크가 밀어 내어지게 되며, 밀어 내어진 잉크와 동등한 체적의 잉크가 노즐(18)로부터 잉크 액적으로서 토출되고, 기록 매체에 착탄되어, 도트 열을 형성한다. 이 도트 열을 다수 형성함으로써, 화상을 형성한다.

다음으로, 잉크 액적의 토출 방향에 대하여 설명한다.

도 3은 종래의 잉크 액적의 토출 방향(도면에서, (A))과, 본 실시 형태에 의한 잉크 액적의 토출 방향(도면에서, (B) 및 (C))을 대비하여 도시하는 도면이다.

도 3에서는, 노즐판(17)을 위, 기록 매체를 아래로 하여 도시함과 함께, 지그재그 배열의 구조를 갖는 헤드(11)에서, 노즐(18)로부터 토출되는 잉크 액적이 기록 매체를 향하여 착탄한 상태를 측면으로부터 본 것이다.

도 3에서, (A)에서는, 노즐(18)로부터 잉크 액적이 토출될 때에 노즐판(17)의 표면(노즐면)의 법선을 따라 토출된 예로서, 도트 열간 거리 σ=노즐 열간 거리 δ로 되기 때문에, 기록 매체에 형성된 도트 열을 노즐면측으로부터 보면, 도 22의 (B)의 아래의 도면과 같은 것으로 된다.

이에 대하여, 도 3의 (B)는, 본 실시 형태의 일반적인 경우를 도시하고 있다. 서로의 열의 노즐(18)로부터 토출되는 잉크 액적의 토출 방향을 어떠한 수단으로 편향시켜, 도트 열간 거리 σ가 노즐 열간 거리 δ보다 짧게 함으로써, 예를 들면 도트 배열이, (A)의 경우에 비해 시각적으로 눈에 띄게 어렵게 한 것이다.

또한, 도 3의 (C)는, 본 실시 형태의 특수한 경우의 하나로서, 잉크 액적의 토출 방향을 조정하여, 도트 열간 거리 σ=0, 즉 노즐 열은 지그재그 배열이어도, 기록 매체에 형성되는 도트는, 1개의 직선을 따라 배열되도록 한 것이다.

이와 같이, 종래 기술에서는, 노즐면에 대하여 가능한 한 직각으로, 즉 노즐면의 법선을 따라 똑바로 토출시키는 것이 양호한 기록 결과를 얻는 방법으로 되어 있었다(종래 기술의 특허 문헌1과 특허 문헌2에도 그것이 기재되어 있다).

이에 대하여, 본 실시 형태에서는, 토출 방향을 법선 방향으로부터 의도적으로 어긋나게 하고, 기록 매체 상에 형성되는 도트 배열이 바람직한 배열로 되도록, 잉크 액적의 토출 방향을 조정하고 있다.

그리고, 노즐(18)의 배열이나, 노즐면과 기록 매체 사이의 거리 H도 정해져 있는 경우에서, 또한, 요구되는 도트 배열이 결정되면, 노즐(18)의 배열 방향에 직교하는 방향의 잉크 액적의 토출 방향은, 각각의 노즐(18)에 관해 일의적으로 정해지게 된다. 실제로 요구되는 잉크 액적의 토출 각도가 어느 정도의 값인지를 계산하면, 이하와 같다.

우선, 도 3의 (C)에 기초하여, 실용적인 잉크제트 프린터의 예로 생각하면, 예를 들면 기록 매체와 노즐면 사이의 거리 H는 2.0(㎜)이고, 노즐 피치 P는 600DPI에서 42.3(㎛)이다. 또한, 노즐 열간 거리 δ도 42.3(㎛)으로 한다. 이 때, 잉크 액적의 토출 각도를 「90+β」도로 하였을 때,

β=tan^-1(δ/2H)=tan^-1(42.3/4000)=0.010575(rad)=0.60588(도)

로 된다.

이 정도의 각도를 편향하는 것이면, 예를 들면 서멀 방식에서는, 노즐(18)의 중심과 발열 소자(13)의 중심을, 노즐(18)의 배열 방향에 직교하는 방향으로 아주 약간 어긋나게 함으로써 실현할 수 있다.

다음으로, 헤드(11)와 기록 매체와의 상대 이동의 영향에 대하여 설명한다.

헤드(11)와 기록 매체는 상대 이동하지만, 특히 본 실시 형태에서는, 헤드(11)가 고정되고, 기록 매체가 반송됨으로써, 헤드(11)와 기록 매체가 상대 이동한다.

이 상대 이동을 고려하면, 기록 매체 상에서 도트의 중심이 오차의 범위 내에서 일직선으로 배열되도록 하기 위해서는, 잉크 액적의 토출순을 고려하여, 노즐(18)의 배열을 미리 어긋나게 할 필요가 있다.

그러나, 헤드(11)와 기록 매체가 상대 이동하는 거리가, 노즐 열간 거리 δ에 대하여 충분히 작으면, 헤드(11)와 기록 매체와의 상대 이동을 무시할 수 있을 정도로 작은 것으로 된다.

그리고, 본 실시 형태에서는, 도트 열이 형성되었을 때에, 1개 건넌 노즐(18), 즉, 2개의 가상 직선 R1 및 R2 중 어느 한쪽의 가상 직선에 있는 노즐(18)로 부터 잉크 액적이 토출되어 형성된 도트 열과, 다른쪽의 가상 직선에 있는 노즐(18)로부터 잉크 액적이 토출되어 형성된 도트 열과의 각각의 중심을 통과하는 2개의 (근사) 직선간의 거리 σ와, 가상 직선 R1과 R2 사이의 거리 δ와의 관계가, σ<δ로 되도록 한 것이다.

다음으로, 어떠한 수단을 이용하여 토출 방향을 편향시킬지(가상 직선 R1 상에 있는 노즐(18)의 토출 방향, 또는 가상 직선 R2 상에 있는 노즐(18)의 토출 방향 중, 적어도 한쪽의 토출 방향을, 다른쪽의 가상 직선측에 어긋나게 하는 방법)에 대하여 설명한다.

도 4는 잉크 액적의 토출 방향을 편향시키지 않는 경우(도면에서, (A))와, 잉크 액적의 토출 방향을 편향시키는 경우에 생각되는 2개의 방법(도면에서, (B) 및 (C))을 도시하는 도면이다.

여기서, 도 4에서, 「압력 중심」이란, 발열 소자(13)가 작동하여 잉크 액적을 노즐 밖으로 밀어 내는 압력이 작용하였을 때에, 노즐면에 평행하는 압력 성분이 제로이고, 노즐면을 가압하는 방향에만 압력이 발생하는 점이다. 다시 말하면, 잉크 액적을 노즐면의 법선을 따라 똑바로 토출할 수 있는 발열 소자(13) 상의 점으로, 발열 소자(13) 상의 압력 벡터가, 발열 소자(13) 표면의 법선 방향으로 되는 점이다.

우선, 도 4의 (A)는 잉크 액적의 토출 방향이 편향하지 않는 경우이다. 이 경우에는, 가상 직선 R1측에 있는 노즐(18)과, 가상 직선 R2측에 있는 노즐(18) 사이의 열간 거리 δ가, 형성된 도트 열의 중심간 거리 σ와 동일한 경우이다.

이에 대하여, 도 4의 (B)에서는, 가상 직선 R1과 가상 직선 R2의 중간에 위치하는 가상 직선을 따라 노즐판(17)을 절곡하여, 가상 직선 R1측에 있는 노즐(18)로부터 토출되는 잉크 액적을 가상 직선 R2측에 각도 α만큼 편향시킴과 함께, 반대측도 마찬가지로, 가상 직선 R2측에 있는 노즐(18)로부터 토출되는 잉크 액적을 가상 직선 R1측에 각도 α만큼 편향시킨 것이다. 그리고, 형성되는 도트 열을, 1개의 가상 직선(가상 직선 R1과 가상 직선 R2의 중간에 위치하는 가상 직선을, 기록 매체에 투영한 직선) 상에 정렬하도록 한 것이다.

그러나, 노즐판(17)은, 예를 들면 정밀 기기의 조립이나 반도체 공정을 고려하면, 일반적으로 평면밖에 형성할 수 없기 때문에, 도 4의 (B)와 같은 노즐판(17)의 가공은, 현실적으로는 거의 실현할 수 없다.

또한, 도 4의 (C)는, 가상 직선 R1 상에 배열되는 각 노즐(18)에 대응하는 각 발열 소자(13)의 압력 중심을 연결하는 직선을, 가상 직선 R2로부터 멀어지는 방향(도면에서, 화살표 방향)으로 어긋나게 한 것이다. 마찬가지로, 가상 직선 R2 상에 배열되는 각 노즐(18)에 대응하는 발열 소자(13)의 압력 중심을 연결하는 가상 직선을, 가상 직선 R1로부터 멀어지는 방향(도중, 화살표 방향)으로 어긋나게 한 것이다.

즉, 가상 직선 R1측에 배열된 액체 토출부에서의 발열 소자(13)의 압력 중심을 연결하는 라인 Q1과, 가상 직선 R2측에 배열된 액체 토출부에서의 발열 소자(13)의 압력 중심을 연결하는 라인 Q2 사이의 거리 δ'를, 노즐(18) 열간의 거리 δ보다 길어지도록 형성되어 있다.

이와 같이 형성함으로써, 가상 직선 R1측의 액체 토출부로부터 토출된 잉크 액적에 의해 형성되는 도트 열과, 가상 직선 R2측의 액체 토출부로부터 토출된 잉크 액적에 의해 형성되는 도트 열은, 모두, 1개의 가상 직선에 정렬시킬 수 있다.

다음으로, 액체 토출부의 구체적 구조에 대하여 설명한다.

도 5의 (A), (B)는, 모두, 발열 소자(13), 노즐(18) 및 배리어층(16)의 형상을 도시하는 도면이다.

도 5에서, (A)는 발열 소자(13)의 주위 3방을 배리어층(16)으로 막음과 함께, 한쪽만 개구한(도 1에서 도시한) 잉크 액실(12)의 구조로서, 개구된 한쪽으로부터 잉크 액실(12)에 액체가 공급되는 구조의 것이다. 이 구조에서는, 한쪽만이 개구되어 있기 때문에, 토출 압력이 높고, 따라서 토출 속도도 빠르다고 하는 특징을 갖는다.

또한, 이 경우의 압력 중심은, 발열 소자(13)의 도심(기하학적 중심)으로부터 깊이측으로 어긋난다고 생각된다.

또한, 도 5에서, (B)는, 발열 소자(13) 사이에 격벽(배리어층(16))을 형성한 것이다. 이에 의해, 각 발열 소자(13)의 배열 방향에서의 양측에, 발열 소자(13)를 사이에 두고 대향하도록 격벽(배리어층(16))이 형성된다. 따라서, 이 방식에서는, (A)와 달리, 발열 소자(13)의 3방이 둘러싸여 있지 않는 구조로 된다(가압 홈 방식).

그리고, 이 구조에서는, 발열 소자(13) 상에서의 기포 발생 시의 압력 그 자체가 (A)에 비해 저하됨과 함께, (A)와 달리, 발열 소자(13) 상의 압력 중심의 어 긋남이 거의 없어져, 원리적으로는, 발열 소자(13)의 도심이 압력 중심으로 된다고 생각된다. 그리고, 발열 소자(13)의 압력 중심을 통과하는 노즐면의 법선이, 노즐(18)의 중심을 통과하도록 하면, 잉크 액적은, 법선을 따라 토출될 확률이 가장 높아지게 된다고 생각된다.

또한, 도 5의 (A), 및 (B)의 각각의 액체 토출부 구조를 이용하여, 서멀 방식으로 지그재그 배열을 실현하기 위해서는 이하의 3개의 방법을 들 수 있다. 이하, 이들에 대하여 설명한다.

도 6의 (A), (B)는, 모두, 도 5의 (A)의 잉크 액실(12)의 구조를 적용하여 배열한 경우를 도시하는 도면이다.

그리고, 도 6의 (A)에서는, 잉크 액실(12)의 개구 방향을 동일 방향을 향하게 하고, 공통 유로로부터의 위치를 노즐(18)의 배열을 따라 교대로 노즐 열간 거리 δ만큼 사이를 두고 배열한 것이다(정렬형). 도 6에서는, 상술한 「압력 중심」을 아울러 도시하고 있다. 단, 도면에서 나타낸 어긋남량이 실제의 어긋남량에 상당하는 것은 아니다.

도 6의 (A)의 예에서는, 각 잉크 액실(12)로부터 화살표 방향으로 잉크 액적을 토출할 필요가 있기 때문에, 도 6의 (A)에서 노즐 열 R1 상의 노즐(18)로부터의 토출은, 노즐(18)의 중심보다도 압력 중심이 상측에 위치하고, 노즐 열 R2 상의 노즐(18)로부터의 토출은, 노즐(18)의 중심보다도 압력 중심이 하측에 위치하게 된다. 이에 의해, 노즐 열 R1 및 R2 상에 배열된 노즐(18)로부터의 잉크 액적의 토출 방향을, 상호 안 방향으로 할 수 있다.

이에 대하여, 도 6의 (B)의 예에서는, 노즐 열 R1 상에 위치하는 잉크 액실(12)의 개구부와, 노즐 열 R2 상에 있는 잉크 액실(12)의 개구부가 상호 마주 보는 구조이다(대향형).

이 구조에서는, 잉크 액실(12)의 내부만을 생각하면, 단순히 동일한 구조의 잉크 액실(12)이 방향을 바꾸고 있을 뿐이기 때문에, 잉크 액실(12) 안의 벽/압력 중심/노즐(18)의 관계 모두가 동일한 것을 역 방향으로 배치하면 된다고 하는 이점이 있다.

압력 중심점이 2개의 노즐 열 R1과 R2 사이에 끼워지는 영역의 외측으로 되는 것은, (A), (B) 양 방식에서 동일하지만, (B)의 구조에서는, 어느 쪽의 잉크 액실(12)의 깊이측의 벽도, 2개의 노즐 열 R1 및 R2 사이에 끼워지는 영역 밖으로 되어, 결과적으로 발열 소자(13)의 압력 중심으로부터 봐서 발열 소자(13)가 긴 부분이 2개의 노즐 열 R1과 R2의 내측에 마주 보는 형태로 되어, 동일한 노즐 열간 거리 δ이면, 발열 소자(13) 사이의 거리가 그 분만큼 정렬형에 비해 짧아지는 특징이 있다.

또한, 도 5의 (B)의 구조를, 노즐(18)의 지그재그 배열에 적용하는 것이 생각된다.

도 7은 도 5의 (B)의 구조에서 지그재그 배열을 적용한 예를 도시하는 평면도이다(가압 홈 방식).

상기의 잉크 액실(12)의 방식과의 주된 차이는, 가압 홈 방식에서는, 발열 소자(13)의 도심과 압력 중심이 실질적으로 동일한 점으로 되는 것이다.

이 때문에, 노즐 열 R1 및 R2를 따라 압력 중심을 배치하면, 압력 중심과 노즐(18)과의 위치 관계는, 대향형(도 6의 (B))과 비슷한 것으로 되지만, 노즐 열간 거리 δ를 동일하게 하면, 가압 홈 방식에서는, 도 6의 구조보다 발열 소자(13)의 압력 중심간 거리 δ'가 가깝게 된다.

이상과 같이, 서멀 방식에서 노즐 열간 거리 δ를 일정하게 한 지그재그 배열이라도, 적용되는 토출 방식이 다르면, 발열 소자(13) 상의 압력 중심이 변화되기 때문에, 발열 소자(13)의 배치나, 발열 소자(13)의 도심과 노즐(18)의 중심의 위치 관계가 변화된다.

또한, 잉크 액적이 기록 매체에 착탄함으로써 형성되는 도트 열로서는, 주로 이하의 2개를 들 수 있다.

도 8의 (A), (B)는 각각 도트 열을 도시하는 평면도이다. 또한, 도 8에서는, 가로 방향이 노즐(18)의 배열 방향이고, 세로 방향이 헤드(11)와 기록 매체와의 상대 이동 방향이다.

헤드(11)와 기록 매체와의 상대 속도를, 1토출 사이클에 일치시켜 연속하여 기록하면, 도트 열간 거리 σ는 제로로 되어, 거의 1개의 직선 상에 도트 열이 정렬되게 된다. 도 8의 (A)는 이 경우를 나타내고 있다(정방 격자 배열).

이에 대하여, 도 8의 (B)는, 도트 열간 거리 σ가, 도트 피치 P의 1/2로 되도록 설정된 예이다(지그재그 배열).

그런데, 본 발명은, 노즐(18)의 배열 방향에 직교하는 방향에서, 잉크 액적의 토출 방향을 제어하여, 노즐 열간 거리 δ보다도 도트 열간 거리 σ쪽이 짧아지 도록 하는 것이다.

여기서, 본건 출원인에 의해 이미 제안되어 있는 기술(예를 들면, 특허 문헌3, 특허 문헌4, 또는 특허 문헌5 등)을 이용하여, 노즐(18)의 배열 방향에서의 잉크 액적의 토출 방향을 제어하는 기술을 조합시키는 것이 가능하다.

이하, 그 구조의 일 실시 형태에 대하여 설명한다.

우선, 1개의 액체 토출부에는, 예를 들면 2개의 (2분할된) 발열 소자(13)가 설치되어 있다. 그리고, 그 2개의 발열 소자(13)의 배열 방향은, 노즐(18)의 배열 방향이다. 또한, 도 1에서는, 1개의 잉크 액실(12) 내에 2개의 발열 소자(13)가 병렬된 것을 나타내고 있다.

또한, 「2분할된」이란, 2개의 발열 소자(13)가 물리적으로 완전하게 분리되어 있는 것만을 의미하는 것이 아니라, 일부에서 연결되어 있는 것도 포함된다. 예를 들면, 2개의 발열 소자(13)는, 평면적으로 보았을 때에 대략 오목형을 이루고 있으며, 그 대략 오목형의 양 선단부와, 중앙의 절첩(변곡) 부분에 전극을 설치함으로써, 실질적으로, 2개의 발열 소자(13)가 2분할된 듯한 형상을 이루는 것이다.

또한, 1개의 잉크 액실(12) 내에 2분할된 발열 소자(13)를 구비한 경우에는, 각각의 발열 소자(13)가 잉크를 비등시키는 온도에 도달하기까지의 시간(기포 발생 시간)을 동시로 하는 것이 통상이다. 2개의 발열 소자(13)의 기포 발생 시간에 시간차가 발생하면, 잉크 액적의 토출 각도는 수직이 되지 않아, 잉크 액적의 토출 방향이 편향되어, 잉크 액적의 착탄 위치가 수직 위치로부터 어긋나게 된다.

따라서, 이 특성을 이용하여, 2개의 발열 소자(13)를 직렬로 접속하고, 그 중점(또는 중계점)에 전류를 출입시켜, 발열 소자(13)에 흐르는 전류량의 밸런스를 변화시킴으로써 2개의 발열 소자(13) 상의 기포 발생 시간에 시간차가 발생하도록(서로 다른 시각에 기포가 발생하도록) 제어하여, 잉크 액적의 토출 방향을, 노즐(18)의 배열 방향으로 편향시킨다.

또한, 예를 들면 2분할한 발열 소자(13)의 저항값이 제조 오차 등에 의해 동일 값으로 되어 있지 않은 경우에는, 2개의 발열 소자(13)에 기포 발생 시간차가 발생하기 때문에, 잉크 액적의 토출 각도가 수직이 되지 않아, 잉크 액적의 착탄 위치가 본래의 위치로부터 어긋난다. 그러나, 2분할한 발열 소자(13)에 흘리는 전류량을 변화시킴으로써, 각 발열 소자(13) 상의 기포 발생 시간을 제어하여, 2개의 발열 소자(13)의 기포 발생 시간을 동시로 하면, 잉크 액적의 토출 각도를 수직으로 하는 것도 가능하게 된다.

예를 들면 라인 헤드(10)에서, 특정한 1 또는 2 이상의 헤드(11) 전체의 잉크 액적의 토출 방향을, 본래의 토출 방향에 대하여 편향시킴으로써, 제조 오차 등에 의해 잉크 액적이 기록 매체의 착탄면에 수직으로 토출되지 않는 헤드(11)의 토출 방향을 교정하여, 수직으로 잉크 액적이 토출되도록 할 수 있다.

또한, 1개의 헤드(11)에서, 1 또는 2 이상의 특정한 액체 토출부로부터의 잉크 액적의 토출 방향만을 편향시키는 것을 들 수 있다. 예를 들면, 1개의 헤드(11)에서, 특정한 액체 토출부로부터의 잉크 액적의 토출 방향이, 다른 액체 토출부로부터의 잉크 액적의 토출 방향에 대하여 평행이 아닌 경우에는, 그 특정한 액체 토출부로부터의 잉크 액적의 토출 방향만을 편향시키고, 다른 액체 토출부로부 터의 잉크 액적의 토출 방향에 대하여 평행하게 되도록 조정할 수 있다.

또한, 이하와 같이 잉크 액적의 토출 방향을 편향시킬 수 있다.

예를 들면, 인접하는 액체 토출부 「E」와 액체 토출부 「E+1」로부터 잉크 액적을 토출하는 경우에 있어서, 액체 토출부 「E」 및 액체 토출부 「E+1」로부터 각각 잉크 액적이 편향없이 토출되었을 때의 착탄 위치를, 각각 착탄 위치 「e」 및 착탄 위치 「e+1」로 한다. 이 경우에는, 액체 토출부 「E」로부터 잉크 액적을 편향없이 토출하여 착탄 위치 「e」에 착탄시킬 수 있음과 함께, 잉크 액적의 토출 방향을 편향시켜 착탄 위치 「e+1」에 잉크 액적을 착탄시킬 수도 있다.

마찬가지로, 액체 토출부 「E+1」로부터 잉크 액적을 편향없이 토출하여 착탄 위치 「e+1」에 착탄시킬 수 있음과 함께, 잉크 액적의 토출 방향을 편향시켜 착탄 위치 「e」에 잉크 액적을 착탄시킬 수도 있다.

이와 같이 함으로써, 예를 들면 액체 토출부 「E+1」에 막힘 등이 발생하여 잉크 액적을 토출할 수 없게 된 경우에는, 본래이면, 착탄 위치 「e+1」에는 잉크를 착탄시킬 수 없어, 도트 결락이 발생하여, 그 헤드(11)는 불량으로 되게 된다.

그러나, 이러한 경우에는, 액체 토출부 「E+1」에 인접하는 다른 액체 토출부 「E」, 또는 액체 토출부 「E+2」에 의해 잉크를 편향시켜 토출하고, 잉크 액적을 착탄 위치 「e+1」에 착탄시키는 것이 가능하게 된다.

도 9는 잉크 액적의 토출 방향을 편향하는 수단을 구체화한 회로도이다. 우선, 이 회로에 이용되는 요소 및 접속 상태를 설명한다.

도 9에서, 저항 Rh-A 및 Rh-B는, 상술한, 2분할된 발열 소자(13)로서, 양자 는 직렬로 접속되어 있다. 전원 Vh는, 저항 Rh-A 및 Rh-B에 전류를 흘리기 위한 전원이다.

도 9에 도시한 회로에서는, 트랜지스터로서 M1∼M21을 구비하고 있으며, 트랜지스터 M4, M6, M9, M11, M14, M16, M19 및 M21은 PMOS 트랜지스터이고, 그 외는 NMOS 트랜지스터이다. 도 9의 회로에서는, 예를 들면 트랜지스터 M2, M3, M4, M5 및 M6에 의해 1조의 커런트 미러 회로(이하, 「CM 회로」라고 약칭함)를 구성하고 있어, 합계 4조의 CM 회로를 구비하고 있다.

이 회로에서는, 트랜지스터 M6의 게이트와 드레인 및 M4의 게이트가 접속되어 있다. 또한, 트랜지스터 M4와 M3, 및 트랜지스터 M6과 M5의 드레인끼리가 접속되어 있다. 다른 CM 회로에 대해서도 마찬가지이다.

또한, CM 회로의 일부를 구성하는 트랜지스터 M4, M9, M14 및 M19, 및 트랜지스터 M3, M8, M13 및 M18의 드레인은, 저항 Rh-A와 Rh-B의 중점에 접속되어 있다.

또한, 트랜지스터 M2, M7, M12 및 M17은, 각각, 각 CM 회로의 정전류원으로 되는 것이고, 그 드레인이 각각 트랜지스터 M3, M5, M8, M10, M13, M15, M18 및 M20의 소스에 접속되어 있다.

또한, 트랜지스터 M1은, 그 드레인이 저항 Rh-B와 직렬로 접속되며, 토출 실행 입력 스위치 A가 "1"(ON)로 되었을 때에 ON으로 되어, 저항 Rh-A 및 Rh-B에 전류를 흘리도록 구성되어 있다.

또한, AND 게이트 X1∼X9의 출력 단자는, 각각 트랜지스터 M1, M3, M5, …의 게이트에 접속되어 있다. 또한, AND 게이트 X1∼X7은, 2입력 타입의 것이지만, AND 게이트 X8 및 X9는, 3입력 타입의 것이다. AND 게이트 X1∼X9의 입력 단자 중 적어도 1개는, 토출 실행 입력 스위치 A와 접속되어 있다.

또한, XNOR 게이트 X10, X12, X14 및 X16 중, 1개의 입력 단자는, 편향 방향 절환 스위치 C와 접속되어 있고, 다른 1개의 입력 단자는, 편향 제어 스위치 J1∼J3, 또는 토출각 보정 스위치 S와 접속되어 있다.

편향 방향 절환 스위치 C는, 잉크 액적의 토출 방향을, 노즐(18)의 배열 방향에서, 어느 측으로 편향시킬지를 절환하기 위한 스위치이다. 편향 방향 절환 스위치 C가 "1"(ON)로 되면, XNOR 게이트 X10의 한쪽의 입력이 "1"로 된다.

또한, 편향 제어 스위치 J1∼J3은, 각각, 잉크 액적의 토출 방향을 편향시킬 때의 편향량을 결정하기 위한 스위치이며, 예를 들면 입력 단자 J3이 "1"(ON)로 되면, XNOR 게이트 X10의 입력의 1개가 "1"로 된다.

또한, XNOR 게이트 X10∼X16의 각 출력 단자는, AND 게이트 X2, X4, …의 1개의 입력 단자에 접속됨과 함께, NOT 게이트 X11, X13, …를 통하여 AND 게이트 X3, X5, …의 1개의 입력 단자에 접속되어 있다. 또한, AND 게이트 X8 및 X9의 입력 단자의 1개는, 토출각 보정 스위치 K와 접속되어 있다.

또한, 편향 진폭 제어 단자 B는, 편향 1스텝의 진폭을 결정하기 위한 단자로서, 각 CM 회로의 정전류원으로 되는 트랜지스터 M2, M7, …의 전류값을 결정하는 단자이며, 트랜지스터 M2, M7, …의 게이트에 각각 접속되어 있다. 편향 진폭을 0으로 하기 위해서는 이 단자를 0V로 하면, 전류원의 전류가 0으로 되어, 편향 전류 가 흐르지 않아, 진폭을 0으로 할 수 있다. 이 전압을 서서히 올려 가면, 전류값은 점차로 증대되어, 편향 전류를 많이 흘릴 수 있어, 편향 진폭도 크게 할 수 있다.

즉, 적정한 편향 진폭을, 이 단자에 인가하는 전압으로 제어할 수 있는 것이다.

또한, 저항 Rh-B에 접속된 트랜지스터 M1의 소스, 및 각 CM 회로의 정전류원으로 되는 트랜지스터 M2, M7, …의 소스는, 그라운드(GND)에 접지되어 있다.

이상의 구성에서, 각 트랜지스터 M1∼M21에 괄호 넣기 한 「×N(N=1, 2, 4, 또는 50)」의 숫자는, 소자의 병렬 상태를 나타내며, 예를 들면 「×1」(M12∼M21)은, 표준의 소자를 갖는 것을 나타내고, 「×2」(M7∼M11)는, 표준의 소자 2개를 병렬로 접속한 것과 등가의 소자를 갖는 것을 나타낸다. 이하, 「×N」은, 표준의 소자 N개를 병렬로 접속한 것과 등가의 소자를 갖는 것을 나타내고 있다.

이에 의해, 트랜지스터 M2, M7, M12, 및 M17은, 각각 「×4」, 「×2」, 「×1」, 「×1」이기 때문에, 이들 트랜지스터의 게이트와 그라운드 사이에 적당한 전압을 인가하면, 각각의 드레인 전류는, 4 : 2 : 1 : 1의 비율로 된다.

다음으로, 본 회로의 동작에 대하여 설명하지만, 우선, 트랜지스터 M3, M4, M5 및 M6으로 이루어지는 CM 회로에만 주목하여 설명한다.

토출 실행 입력 스위치 A는, 잉크를 토출할 때만 "1"(ON)로 된다.

예를 들면, A="1", B=2.5V 인가, C="1" 및 J3="1"일 때, XNOR 게이트 X10의 출력은 "1"로 되기 때문에, 이 출력 "1"과, A="1"이 AND 게이트 X2에 입력되고, AND 게이트 X2의 출력은 "1"로 된다. 따라서, 트랜지스터 M3은 ON으로 된다.

또한, XNOR 게이트 X10의 출력이 "1"일 때에는, NOT 게이트 X11의 출력은 "0"이기 때문에, 이 출력 "0"과, A="1"이 AND 게이트 X3의 입력으로 되기 때문에, AND 게이트 X3의 출력은 "0"으로 되어, 트랜지스터 M5는 OFF로 된다.

따라서, 트랜지스터 M4와 M3의 드레인끼리, 및 트랜지스터 M6과 M5의 드레인끼리가 접속되어 있기 때문에, 상술한 바와 같이 트랜지스터 M3이 ON, 또한 M5가 OFF일 때에는, 트랜지스터 M4로부터 M3에 전류가 흐르지만, 트랜지스터 M6으로부터 M5에는 전류는 흐르지 않는다. 또한, CM 회로의 특성에 의해, 트랜지스터 M6에 전류가 흐르지 않을 때에는, 트랜지스터 M4에도 전류는 흐르지 않는다. 또한, 트랜지스터 M2의 게이트에 2.5V 인가되어 있기 때문에, 그것에 따른 전류가, 상술한 경우에는, 트랜지스터 M3, M4, M5, 및 M6 중, 트랜지스터 M3으로부터 M2에만 흐른다.

이 상태에서, M5의 게이트가 OFF하고 있기 때문에 M6에는 전류가 흐르지 않고, 그 미러로 되는 M4도 전류는 흐르지 않는다. 저항 Rh-A와 Rh-B에는, 본래 동일한 전류 I_h가 흐르지만, M3의 게이트가 ON하고 있는 상태에서는, M2에서 결정한 전류값을 M3을 통해, 저항 Rh-A와 Rh-B의 중점으로부터 인출하기 때문에, Rh-A측에서는, M2에서 결정한 전류값이 가산되고, Rh-B측에서는 감산된다.

따라서 I_Rh-A>I_Rh-B로 된다.

이상은 C="1"인 경우이지만, 다음으로 C="0"인 경우, 즉 편향 방향 절환 스위치 C의 입력만을 다르게 한 경우(그 밖의 스위치 A, B, J3은, 상기한 바와 마찬 가지로 "1"로 함)에는, 이하와 같다.

C="0", 또한 J3="1"일 때에는, XNOR 게이트 X10의 출력은 "0"으로 된다. 이에 의해, AND 게이트 X2의 입력은, ("0", "1"(A="1"))로 되기 때문에, 그 출력은 "0"으로 된다. 따라서, 트랜지스터 M3은 OFF로 된다.

또한, XNOR 게이트 X10의 출력이 "0"으로 되면, NOT 게이트 X11의 출력은 "1"로 되기 때문에, AND 게이트 X3의 입력은, ("1", "1"(A="1"))로 되어, 트랜지스터 M5는 ON으로 된다.

트랜지스터 M5가 ON일 때, 트랜지스터 M6에는 전류가 흐르지만, 이것과 CM 회로의 특성으로부터, 트랜지스터 M4에도 전류가 흐른다.

따라서, 전원 Vh에 의해, 저항 Rh-A, 트랜지스터 M4, 및 트랜지스터 M6에 전류가 흐른다. 그리고, 저항 Rh-A에 흐른 전류는, 모두 저항 Rh-B에 흐른다(트랜지스터 M3은 OFF이기 때문에, 저항 Rh-A를 흘러 나온 전류는 트랜지스터 M3측으로는 분기하지 않는다). 또한, 트랜지스터 M4를 흐른 전류는, 트랜지스터 M3이 OFF이기 때문에, 모두 저항 Rh-B측에 유입된다. 또한, 트랜지스터 M6에 흐른 전류는, 트랜지스터 M5에 흐른다.

이상으로부터, C="1"일 때에는, 저항 Rh-A를 흐른 전류는, 저항 Rh-B측과 트랜지스터 M3측으로 분기하여 흘러 나왔지만, C="0"일 때에는, 저항 Rh-B에는, 저항 Rh-A를 흐른 전류 외에, 트랜지스터 M4를 흐른 전류가 들어간다. 그 결과, 저항 Rh-A와 저항 Rh-B에 흐르는 전류는, I_Rh-A<I_Rh-B로 된다. 그리고, 그 비율은, C="1" 과 C="0"에서 대칭으로 된다.

이상과 같이 하여, 저항 Rh-A와 저항 Rh-B에 흐르는 전류의 밸런스를 변화시킴으로써, 2분할한 발열 소자(13) 상의 기포 발생 시간차를 설정할 수 있다. 이에 의해, 잉크 액적의 토출 방향을 편향시킬 수 있다.

또한, C="1"과 C="0"에서, 잉크 액적의 편향 방향을, 노즐(18)의 배열 방향에서 대칭 위치로 절환할 수 있다.

또한, 이상의 설명은, 편향 제어 스위치 J3만이 ON/OFF일 때이지만, 편향 제어 스위치 J2 및 J1을 또한 ON/OFF시키면, 더 미세하게 저항 Rh-A와 저항 Rh-B에 흘리는 전류량을 설정할 수 있다.

즉, 편향 제어 스위치 J3에 의해, 트랜지스터 M4 및 M6에 흘리는 전류를 제어할 수 있지만, 편향 제어 스위치 J2에 의해, 트랜지스터 M9 및 M11에 흘리는 전류를 제어할 수 있다. 또한, 편향 제어 스위치 J1에 의해, 트랜지스터 M14 및 M16에 흘리는 전류를 제어할 수 있다.

그리고, 상술한 바와 같이, 각 트랜지스터에는, 트랜지스터 M4 및 M6 : 트랜지스터 M9 및 M11 : 트랜지스터 M14 및 M16=4 : 2 : 1의 비율의 드레인 전류를 흘릴 수 있다. 이에 의해, 잉크 액적의 편향 방향을, 편향 제어 스위치 J1∼J3의 3비트를 이용하여, (J1, J2, J3)=(0, 0, 0), (0, 0, 1), (0, 1, 0), (0, 1, 1), (1, 0, 0), (1, 0, 1), (1, 1, 0), 및 (1, 1, 1)의 8스텝으로 변화시킬 수 있다.

또한, 트랜지스터 M2, M7, M12 및 M17의 게이트와 그라운드 사이에 인가하는 전압을 변화시키면, 전류량을 변화시킬 수 있기 때문에, 각 트랜지스터에 흐르는 드레인 전류의 비율은, 4 : 2 : 1 그대로로, 1스텝당의 편향량을 변화시킬 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 편향 방향 절환 스위치 C에 의해, 그 편향 방향을, 노즐(18)의 배열 방향에 대하여 대칭 위치로 절환할 수 있다.

라인 헤드(10)에서는, 복수의 헤드(11)를 기록 매체의 폭 방향으로 배열함과 함께, 도 2에 도시한 바와 같이, 인접하는 것끼리의 헤드(11)가 대향하도록(인접하는 헤드(11)에 대하여 180도 회전시켜 배치하여) 배열을 하는 경우가 있다. 이 경우에는, 인접하는 것끼리에 있는 2개의 헤드(11)에 대하여, 편향 제어 스위치 J1∼J3으로부터 공통의 신호를 보내면, 인접하는 것끼리에 있는 2개의 헤드(11)에서 편향 방향이 역전되게 된다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 편향 방향 절환 스위치 C를 설치하여, 1개의 헤드(11) 전체의 편향 방향을 대칭으로 절환할 수 있도록 하고 있다.

이에 의해, 도 2와 같이 복수의 헤드(11)를 배열하여 라인 헤드(10)를 형성한 경우, 헤드(11) 중, 짝수 위치에 있는 헤드 N, N+2, N+4, …에 대해서는 C="0"으로 설정하고, 홀수 위치에 있는 헤드 N+1, N+3, N+5, …에 대해서는 C="1"로 설정하면, 라인 헤드(10)에서의 각 헤드(11)의 편향 방향을 일정 방향으로 할 수 있다.

또한, 토출각 보정 스위치 S 및 K는, 잉크 액적의 토출 방향을 편향시키기 위한 스위치인 점에서 편향 제어 스위치 J1∼J3과 마찬가지이지만, 잉크 액적의 토출 각도의 보정을 위해 이용되는 스위치이다.

우선, 토출각 보정 스위치 K는, 보정을 행할지의 여부를 정하기 위한 스위치 로서, K="1"에서 보정을 행하고, K="0"에서 보정을 행하지 않도록 설정된다.

또한, 토출각 보정 스위치 S는, 노즐(18)의 배열 방향에 대하여 어느 쪽의 방향으로 보정을 행할지를 정하기 위한 스위치이다.

예를 들면, K="0"(보정을 행하지 않는 경우)일 때, AND 게이트 X8 및 X9의 3입력 중, 1입력이 "0"으로 되기 때문에, AND 게이트 X8 및 X9의 출력은, 모두 "0"으로 된다. 따라서, 트랜지스터 M18 및 M20은 OFF로 되기 때문에, 트랜지스터 M19 및 M21도 또한 OFF로 된다. 이에 의해, 저항 Rh-A와 저항 Rh-B에 흐르는 전류에 변화는 없다.

이에 대하여, K="1"일 때에, 예를 들면 S="0", 및 C="0"인 것으로 하면, XNOR 게이트 X16의 출력은 "1"로 된다. 따라서, AND 게이트 X8에는, (1, 1, 1)이 입력되기 때문에, 그 출력은 "1"로 되어, 트랜지스터 M18은 ON으로 된다. 또한, AND 게이트 X9의 입력의 1개는, NOT 게이트 X17을 통해 "0"으로 되기 때문에, AND 게이트 X9의 출력은 "0"으로 되어, 트랜지스터 M20은 OFF로 된다. 따라서, 트랜지스터 M20이 OFF이기 때문에, 트랜지스터 M21에는 전류는 흐르지 않는다.

또한, CM 회로의 특성으로부터, 트랜지스터 M19에도 전류는 흐르지 않는다. 그러나, 트랜지스터 M18은 ON이기 때문에, 저항 Rh-A와 저항 Rh-B의 중점으로부터 전류가 유출되어, 트랜지스터 M18에 전류가 유입된다. 따라서, 저항 Rh-A에 대하여 저항 Rh-B에 흐르는 전류량을 적게 할 수 있다. 이에 의해, 잉크 액적의 토출 각도의 보정을 행하여, 잉크 액적의 착탄 위치를 노즐(18)의 배열 방향으로 소정량 만큼 보정할 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 토출각 보정 스위치 S 및 K로 이루어지는 2비트에 의한 보정을 행하도록 하였지만, 스위치수를 증가시키면, 더 미세한 보정을 행할 수 있다.

이상의 J1∼J3, S 및 K의 각 스위치를 이용하여, 잉크 액적의 토출 방향을 편향시키는 경우에, 그 전류(편향 전류 Idef)는,

로 나타낼 수 있다.

수학식 1에서, J1, J2 및 J3에는, +1 또는 -1이 주어지며, S에는, +1 또는 -1이 주어지고, K에는, +1 또는 0이 주어진다.

수학식 1로부터 이해할 수 있는 바와 같이, J1, J2 및 J3의 각 설정에 의해, 편향 전류를 8단계로 설정할 수 있음과 함께, J1∼J3의 설정과 독립적으로, S 및 K에 의해 보정을 행할 수 있다.

또한, 편향 전류는, 플러스의 값으로서 4단계, 마이너스의 값으로서 4단계로 설정할 수 있기 때문에, 잉크 액적의 편향 방향은, 노즐(18)의 배열 방향에서 양 방향으로 설정할 수 있다. 또한, 편향량은 임의로 설정할 수 있다.

이상과 같은 본 실시 형태에서는, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 입상감이 개선된다.

본 실시 형태의 액체 토출 장치(라인 잉크제트 프린터)를 이용하여 실제로 인화를 시도하였다. 그리고, σ=42.3㎛의 경우와, σ=0의 경우를 현미경으로 대비하여 관찰한 바, σ=0의 경우에는, σ=42.3㎛의 경우와 비교하여 입상감이 개선되어 있는 것을 알 수 있었다.

둘째, 문자의 깔끔함(품위)이 양호해진다.

화상 처리나 문자 처리에서는, 통상은, 정방 격자 상에 배열한 화소를 이용하기 때문에, 기록되는 도트 열은, 원래의 정방 격자 배열로 되돌아가는 것이 이론적으로 가장 좋은 결과가 얻어진다.

도 10은, σ=42.3㎛의 장치(도면에서, (A))와, σ=0의 장치(도면에서, (B))를 이용하여 문자 폭이 약 0.3㎜인 「25」라는 문자를 기록하였을 때의 결과를 비교한 도면(확대 사진)이다.

양 도면를 대비하면, (B)쪽이, 문자가 읽기 쉽게 되는 것을 알 수 있었다.

(실시예)

계속해서, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

도 11에 도시한 사양에서, 도 12에 도시한 구조의 라인 잉크제트 프린터(600DPI)를 사용하였다. 또한, 도면에서, 필터 기둥은, 공통 유로 내에 배치됨과 함께, 배리어층(16)의 일부에 의해 형성된 것이며, 개별 유로측에 티끌이나 먼지의 침입을 방지하는 필터로서도 역할을 갖는 것이다(후술하는 도 18도 마찬가지이다).

또한, 노즐(18)의 중심과 발열 소자(13)의 도심의 어긋남을, 오프셋량 hc로 하였다.

그리고, 이 오프셋량 hc를 3개로 변화시켰을 때의 기록 결과와, 그 기록 결과로부터 판단되는 잉크 액적의 토출 방향을 고찰하였다.

그 결과를, 도 13∼도 15에 도시한다. 이들 도면에서, (A)는 실제로 형성된 도트 열을 나타내는 도면(현미경에 의한 확대 사진)이고, (B)는 그 도트 열로부터 추측되는 잉크 액적의 토출 방향을 나타내는 도면이다.

도 13∼도 15에서, 도트는, 노즐(18)의 피치(42.3㎛)로 토출된 것이다. 또한, 오차를 가능한 한 작게 하기 위해, 측정에서는 20피치(21개)의 도트가 만드는 길이(20×42.3=846㎛) 사이에서 계측하였다.

그리고, 상하로 배열되어 있는 도트 열간 거리를 측정하면, 도트 열간 거리 σ를 구할 수 있다.

다음으로, 편향량 Dy, 즉 노즐면에 대한 법선을 따라 똑바로 토출되었다고 가정하였을 때에, 착탄하는 위치로부터 실제로 착탄한 위치까지의 도트 중심간 거리를, 노즐 배열 방향에 직각으로 측정한 길이를 계산하기 위해서는, 도 13∼15에 도시한 바와 같이, 잉크 액적이 어떻게 토출되는지를 알 필요가 있다.

지그재그 배열에서는, 어느 쪽의 노즐 열 R1 또는 R2측의 노즐(18)로부터 토출이 시작되었는지를 사전에 알고 있기 때문에, 도트 열의 배열 개시, 또는 배열 종료의 부분을 관찰함으로써 도트의 배열이 노즐면의 배열과 동일한지 역전되어 있는지를 판정할 수 있다.

예를 들면 도 13의 (A)에서는, 시작 부분이 노즐 배열과는 반대(좌단부터 3개의 도트를 정점으로 하는 3각형의 방향으로 알 수 있음)로 되어 있기 때문에, 도 13의 (B)에 도시한 바와 같이, 도중에서 잉크 액적이 교체되는 것을 알 수 있어, 올바른 Dy를 구할 수 있다. 역전이 발생하지 않는 σ의 값을 「플러스」로, 역전한 경우의 값을 「마이너스」로 취하면, Dy(=(δ-σ)/2)를 구할 수 있다. 도 16은 이 계산 결과를 도시하는 도면이다.

도 16에서, 발열 소자(13)의 도심과 노즐(18)의 중심이 일치하고 있는 상태(hc=0)에서는, 노즐면의 법선 방향으로부터 구부러져 토출되는 것을 확인할 수 있었다. 그 각도는, 도 16의 데이터로부터 계산하여 약 1.6도(β=tan^-1(56.15/2000)rad≒1.6도)인 것을 알 수 있었다(도 13).

이와 같이, 오프셋량 hc=0일 때의 토출 방향의 정도(구부러짐)는, 비교적 큰 값이지만, 오프셋량 hc를 1.5㎛ 정도 갖게 하면, 도 14에 도시한 바와 같이, 거의 일직선 상에 도트가 배열되는 것을 알 수 있다.

오프셋량 hc가, 0과 1.5㎛ 사이가 직선으로 간주되는 특성이면, 도트 배열이 직선을 따를 때의 오프셋량 hc는, 1.3∼1.35㎛ 정도인 것으로 예측된다.

또한, 도 16에서는, 근사 직선의 연장과 X축의 교점(hc=2.2㎛ 부근)을 가상 압력 중심으로 하여 나타내고 있다.

다음으로, 가압 홈 방식(도 7)의 헤드(11)에서의 노즐면에 대한 토출 특성(각도)을 조사하였다. 도 17은 가압 홈 방식의 헤드(11)의 사양을 도시하는 도면이고, 도 18에서는, 가압 홈 방식의 구체적 구조(배리어층(16)의 구조)를 도시하는 도면이다.

가압 홈 방식에서는, 압력 중심과 발열 소자(13)의 도심이 거의 일치하는 것이 사전 실험에서 알고 있기 때문에, 본 실험을 행할 때에, 노즐(18)의 중심과 발열 소자(13)의 도심을 일치시킨 헤드(11)를 시작하였다. 도 19는 그 토출 결과를 도시하는 도면(확대 사진)이다.

여기서, 측정한 도트 열간 거리 σ의 값은, 거의 오차가 없어, δ와 동일한 값인 42.3㎛이며, 잉크 액실 방식에 비해 발열 소자(13)의 도심이 압력 중심으로 되기 때문에, 잉크 액적은, 노즐면의 법선을 따라 토출되는 것이 이 결과로부터도 확인되었다.

다음으로, 가압 홈 방식으로 오프셋량 hc를 설정하였을 때의 도트 열간 거리 σ를 예측해 본다. 도 20은 도 16에 새롭게 가압 홈 방식에서의 예상 보정 특성 영역을 부가한 도면이다.

오프셋량 hc의 변동에 대한 도트 열간 거리 σ의 변동의 비율(∂σ/∂hc)이 일정하고, 또한 잉크 액실 방식과 큰 차가 없는 수치이면, 영역 중앙의 직선이 특성을 나타내는 선으로 된다. 이 경우, 예를 들면 도트 배열을 직선으로 하기 위해서는, 오프셋량 hc=0.8㎛ 정도가 필요한 것이 예측된다.

마지막으로, 노즐판(17)과 발열 소자(13)와의 상대 위치 어긋남에 대하여 설명한다.

도 3이나 도 4에서는, 가상 직선 R1측의 노즐(18)로부터 토출되는 잉크 액적과, 가상 직선 R2측의 노즐(18)로부터 토출되는 잉크 액적이, 노즐면에 대하여 대칭으로 되어 있지만, 엄밀하게 말하면, 이들의 각도는 각각 다소 다른 값으로 되어 있다. 예를 들면 도 3의 (B), (C)의 α나 β는, 엄밀하게는, 각각 α±Δα, β±Δβ이다.

이와 같은 어긋남은, 실제로도 존재하고, 노즐판(17)과 헤드 칩(19)의 접합 행정에서의 노즐(18)의 배열에 직교하는 방향의 어긋남이 가장 영향을 미친다.

그러나, 본 발명에서는, 상기한 바와 같은 접합 오차가 있어도 최종 결과에는 그다지 영향을 미치지 않는다. 즉, 한번 노즐판(17) 상의 상대적인 노즐(18)의 배치가 결정되어, 헤드 칩(19) 상의 발열 소자(13)의 상대 위치가 결정되면, σ/δ=일정이라는 특징이 있다.

도 21은 도 3이나 도 4와 동일하게, 노즐(18)의 배열 방향으로부터 잉크 액적의 토출 상태를 본 도면이다. 도 3이나 도 4에서는, 토출 각도가 미러 대칭으로 되도록 도시되어 있었지만, 도 21에서는 각 노즐(18)의 토출 각도가 노즐면에 대하여 상호 다른 각도로 되었을 때를 도시하고 있다.

도 21에서는, 노즐판(17)과 헤드 칩(19)과의 상대 위치가, 도면에서, 화살표 방향으로 어긋난 경우를 상정하고 있다. 또한, 도 21에서는, 발열 소자(13)의 압력 중심이 발열 소자(13)의 도심에 위치하도록 도시하고 있다.

상술한 바와 같이, 발열 소자(13)의 압력 중심과 노즐(18)의 중심의 어긋남이 기록 매체 상의 편향량 Dy와 선형의 관계에 있기 때문에,

Dy=k·hc(k ; 비례 상수)

로 나타낼 수 있고, 도 21에서는,

의 관계가 성립한다.

그런데, 도 21로부터 이해할 수 있는 바와 같이,

의 관계에 있다.

따라서, 수학식 2 및 수학식 3을 수학식 4에 대입하여 변형하면,

로 된다.

여기서, 「hc1+hc2+δ」는, 발열 소자(13)의 중심간 거리이기 때문에, 일정값이다.

따라서, 수학식 5의 우변은, 모두 일정값만으로 구성되어, hc1이나 hc2, 즉 조립 시의 오프셋량 hc1, hc2의 변화에 좌우되지 않으며, 발열 소자(13) 사이의 거리 δ'와, 노즐 열간 거리 δ가 결정되면, 해당 헤드 칩(19)에 관해서는, σ이 일정값, 즉 도트 열간의 거리 σ는, 일정값으로 유지되게 된다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명은, 상기의 실시 형태에 한정되지 않고, 예를 들면 이하와 같은 다양한 변형 등이 가능하다.

(1) 본 실시 형태에서는, 예를 들면 도 3의 (B) 및 (C)에 도시한 바와 같이, 가상 직선 R1측의 노즐(18)로부터 토출되는 잉크 액적의 토출 각도와, 가상 직선 R2측의 노즐(18)로부터 토출되는 잉크 액적의 토출 각도를, 동일 또는 오차의 범위 내에서 거의 동일하게 되도록 설정하였다. 그러나, 이에 한하지 않고, 예를 들면 가상 직선 R1 또는 R2 중 어느 한쪽측의 노즐(18)로부터 토출되는 잉크 액적의 토출 각도를 90도로 하지 않고, 다른쪽측의 노즐(18)로부터 토출되는 잉크 액적의 토출 각도를 90도(또는 거의 90도)로 설정하는 것도 가능하다. 즉, 가상 직선 R1 또는 R2 중 어느 한쪽측의 노즐(18)로부터 토출되는 잉크 액적의 토출 각도만을 편향시켜, 도트 열간의 거리 σ가, 노즐(18) 열간의 거리 δ보다 작게 하는 것이면 된다.

(2) 본 실시 형태에서는, 잉크제트 프린터의 헤드(11)를 예로 들었지만, 액체 토출 헤드는, 이에 한정되는 것은 아니다. 잉크에 한하지 않고, 각종 액체를 토출하는 액체 토출 헤드에 적용할 수 있다. 예를 들면, 염색물에 대하여 염료를 토출하는 액체 토출 헤드 등에 적용할 수도 있다. 혹은, 예를 들면 생체 시료를 검출하기 위한 DNA 함유 용액을 토출하는 액체 토출 헤드 등에 적용하는 것도 가능하다.

(3) 본 실시 형태에서는, 발열 소자(13)를 이용한 서멀 방식의 잉크제트 헤드(11)를 예로 들었지만, 이에 한하지 않고, 발열 소자(13) 이외의 발열 소자를 사 용한 것이어도 된다. 또한, 서멀 방식에 한하지 않고, 정전 토출 방식이나 피에조 방식에도 적용 가능하다.

(4) 본 실시 형태에서는, 라인 방식의 잉크제트 헤드(라인 헤드(10))를 예로 들었지만, 이에 한하지 않고, 시리얼 방식의 잉크제트 헤드(시리얼 헤드)에도 적용 가능하다.

(5) 본 실시 형태에서는, 컬러 대응의 잉크제트 프린터를 예로 들었지만, 이에 한하지 않고, 모노크롬 대응의 잉크제트 프린터에도 적용 가능하다.

본 발명에 따르면, 노즐이 지그재그 배열된 구조를 갖는 액체 토출 헤드 또는 액체 토출 장치에서, 헤드와 기록 매체 사이의 상대 이동 속도나, 기록 매체의 반송 방식에 좌우되지 않고, 도트 배열을 일직선에 가깝게 할 수 있다.

Claims

액적을 토출하는 노즐을 갖는 액체 토출부를 복수 배열한 액체 토출 헤드로서,

상기 노즐을, 거리 δ를 두고 평행하게 배치된 2개의 가상 직선 R1 및 R2를 각각 따르도록 배치함과 함께, 상기 가상 직선 R1과 상기 가상 직선 R2에 각각 배치된 인접하는 2개의 상기 노즐의 상기 가상 직선 R1 및 R2 방향에서의 거리를 일정값 P로 형성하고,

상기 가상 직선 R1 또는 R2 중 적어도 한쪽의 상기 가상 직선을 따라 배열된 상기 액체 토출부는, 다른쪽의 상기 가상 직선측에 편향하여 액체가 토출되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
제1항에 있어서,

상기 가상 직선 R1을 따라 배열된 상기 액체 토출부는, 상기 가상 직선 R2 방향으로 편향하여 액체가 토출되도록 형성되어 있고,

상기 가상 직선 R2를 따라 배열된 상기 액체 토출부는, 상기 가상 직선 R1 방향으로 편향하여 액체가 토출되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
제1항에 있어서,

상기 액체 토출부는,

상기 노즐과,

상기 노즐의 하측에 배치되며, 토출할 액체에 토출 압력을 부여하는 토출 압력 발생 소자를 구비하고,

상기 가상 직선 R1과 R2에 각각 배치된 인접하는 상기 액체 토출부의 상기 토출 압력 발생 소자의 토출 압력을 발생시키는 중심점간의 거리로서 상기 가상 직선 R1 및 R2에 직교하는 방향에서의 거리 δ'는, 상기 거리 δ보다도 길어지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
제1항에 있어서,

상기 액체 토출부는,

상기 노즐과,

상기 노즐의 하측에 배치되며, 토출할 액체에 가열에 의해 토출 압력을 부여하는 발열 소자를 구비하고,

상기 가상 직선 R1과 R2에 각각 배치된 인접하는 상기 액체 토출부의 상기 발열 소자의 토출 압력 중심간의 거리로서 상기 가상 직선 R1 및 R2에 직교하는 방향에서의 거리 δ'는, 상기 거리 δ보다 길어지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
제1항에 있어서,

각 상기 노즐로부터 토출되는 액체의 토출 방향을, 상기 가상 직선 R1 및 R2의 방향에서 적어도 2개의 서로 다른 방향으로 가변으로 한 토출 방향 가변 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드.
액적을 토출하는 노즐을 갖는 액체 토출부를 복수 배열한 액체 토출 헤드를 구비하고, 상기 액체 토출부의 상기 노즐로부터 토출한 액체를, 소정 거리를 두고 배치된 액체 착탄 대상물에 착탄시키는 액체 토출 장치로서,

상기 노즐을, 거리 δ를 두고 평행하게 배치된 2개의 가상 직선 R1 및 R2를 각각 따르도록 배치함과 함께, 상기 가상 직선 R1과 상기 가상 직선 R2에 각각 배치된 인접하는 2개의 상기 노즐의 상기 가상 직선 R1 및 R2 방향에서의 거리를 일정값 P로 형성하고,

상기 가상 직선 R1 또는 R2 중 적어도 한쪽의 상기 가상 직선을 따라 배열된 상기 액체 토출부는, 다른쪽의 상기 가상 직선측에 편향하여 액체가 토출되도록 형성되어 있으며,

상기 가상 직선 R1을 따라 배열된 상기 액체 토출부에 의해 형성된 도트 열의 중심을 연결하는 직선 S1과, 상기 가상 직선 R2를 따라 배열된 상기 액체 토출부에 의해 형성된 도트 열의 중심을 연결하는 직선 S2와의 사이의 거리로서 상기 도트 열에 직교하는 방향에서의 거리 σ는, 상기 거리 δ보다도 짧게 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
제6항에 있어서,

상기 가상 직선 R1을 따라 배열된 상기 액체 토출부는, 상기 가상 직선 R2 방향으로 편향하여 액체가 토출되도록 형성되어 있고,

상기 가상 직선 R2를 따라 배열된 상기 액체 토출부는, 상기 가상 직선 R1 방향으로 편향하여 액체가 토출되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
제6항에 있어서,

상기 액체 토출부는,

상기 노즐과,

상기 노즐의 하측에 배치되며, 토출할 액체에 토출 압력을 부여하는 토출 압력 발생 소자를 구비하고,

상기 가상 직선 R1과 R2에 각각 배치된 인접하는 상기 액체 토출부의 상기 토출 압력 발생 소자의 토출 압력을 발생시키는 중심점간의 거리로서 상기 가상 직선 R1 및 R2에 직교하는 방향에서의 거리 δ'는, 상기 거리 δ보다 길어지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
제6항에 있어서,

상기 액체 토출부는,

상기 노즐과,

상기 노즐의 하측에 배치되며, 토출할 액체에 가열에 의해 토출 압력을 부여하는 발열 소자를 구비하고,

상기 가상 직선 R1과 R2에 각각 배치된 인접하는 상기 액체 토출부의 상기 발열 소자의 토출 압력 중심간의 거리로서 상기 가상 직선 R1 및 R2에 직교하는 방향에서의 거리 δ'는, 상기 거리 δ보다 길어지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
제6항에 있어서,

상기 직선 S1과 상기 직선 S2와의 사이의 상기 거리 σ가 0으로 되도록, 각 상기 액체 토출부의 토출 방향이 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
제6항에 있어서,

상기 거리 σ가 상기 거리 P의 1/2로 되도록, 각 상기 액체 토출부의 토출 방향이 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.
제6항에 있어서,

각 상기 노즐로부터 토출되는 액체의 토출 방향을, 상기 가상 직선 R1 및 R2의 방향에서 적어도 2개의 서로 다른 방향으로 가변으로 한 토출 방향 가변 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 장치.