(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発熱素子を有する基板と、前記発熱素子のそれぞれに対応してインクを噴射する噴射口が開口したノズルと前記発熱素子の発熱による気泡の発生によって圧力を発生する圧力室とインク共通液室からのインクを前記圧力室に供給するための個別流路が形成された流路形成部材とが接合されてなり、前記ノズルはブロック化されてブロックごとに時分割駆動され、前記個別流路に連通するインク共通液室から前記個別流路を介して前記圧力室に供給されたインクを前記ノズルの噴射口から噴射して記録を行なうインクジェットプリントヘッドにおいて、前記流路形成部材に形成された前記個別流路および前記圧力室はそれぞれ一列または複数列に直線上に並んでおり、前記圧力室は前記インク共通液室から等距離に同じ形状で形成されており、前記ノズルは前記圧力室に接続されて前記個別流路の方向と直交する方向に形成されており、前記ノズルの位置が前記ノズルと対応する前記発熱素子の前記時分割駆動されるタイミングに応じて前記個別流路の方向にずれて形成されているとともに、前記基板上の前記発熱素子の発熱領域の位置が、前記ノズルの位置に対応して前記個別流路の方向にずれて形成されていることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
【請求項２】
前記個別流路および前記圧力室は樹脂成型によって形成され、前記ノズルは成型された前記流路形成部材の前記圧力室の形成面にレーザー加工により形成されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項３】
前記ノズルと前記圧力室との接続部から前記圧力室内の前記発熱素子までの高さをＰH 、前記ノズルの長さをＮL 、前記圧力室へインクを供給する前記個別流路の最小高さをＲL とするとき、ＲL ＜ＰH ≦ＮL の関係にあることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項４】
前記ノズルは、インクの噴射方向に向かってその断面積が縮小する方向に傾斜を有する面によって構成されており、前記ノズルの並び方向の傾斜に対して前記ノズルの並び方向に直交する方向の傾斜が大きいことを特徴とする請求項１または３に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項５】
前記ノズルの位置に対応して前記ノズルの寸法、前記発熱領域の寸法、駆動信号の少なくとも１つを変化させることを特徴とする請求項１、３、４のいずれか１項に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項６】
前記インク共通液室から前記ノズルの位置までの距離が長いものは短いものに対して前記ノズルの径を相対的に小さく形成したことを特徴とする請求項１、３、４のいずれか１項に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項７】
前記インク共通液室から前記ノズルの位置までの距離が長いものは短いものに対して前記発熱素子の前記発熱領域の寸法を相対的に小さくしたことを特徴とする請求項１、３、４のいずれか１項に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項８】
１つの前記発熱素子に印加される駆動信号は、少なくとも吐出のための駆動パルスと、該駆動パルスの前に与えられ気泡を発生しない事前駆動パルスを含む２つ以上のパルスから構成されるものであって、前記インク共通液室から前記ノズルの位置までの距離が長いものは短いものに対して前記事前駆動パルスによって与えるエネルギーを小さくすることを特徴とする請求項１、３、４のいずれか１項に記載のインクジェットプリントヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱素子の発熱によってインク中に気泡を発生させ、その気泡の圧力によってインクを飛翔させ記録を行なうサーマル方式のインクジェットプリントヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
サーマル方式のインクジェットプリントヘッドでは、各ノズルに対応する発熱素子に電流を流し、発熱素子を発熱させる。そのため、同時にインクを吐出するノズルが多いと、その分だけ大きな電流が必要となり、電源や回路等の電流容量を大きくしなければならない。これを回避するため、全てのノズルを同時に駆動せず、いくつかのノズルごとにブロック化し、ブロックごとに時分割で駆動する手法が採られている。
【０００３】
このような時分割駆動を行なう場合、インクジェットプリントヘッドの移動方向に直交する方向にノズルを配列して、ブロックごとに順次駆動してゆくと、駆動タイミングのズレによって各ブロック間のインクの着弾位置のズレが生じる。また、ブロックごとの駆動タイミングのズレ量に応じて予めインクジェットプリントヘッドを傾けておくことも考えられているが、この場合には同時に駆動されるブロック内の各ノズルの位置が、傾き量だけずれてしまうという問題がある。
【０００４】
このような時分割駆動によるインクの着弾位置のズレを補正するための１つの方法として、ノズルの並び方向に対して、ノズルの位置を異ならせ、それと同時に対応する圧力室およびエネルギー発生体も位置を異ならせる方法が考えられている。しかし、これによってインク供給源から各ノズルの位置までの距離が変化し、駆動可能周波数、流速、ドロップ体積等といった噴射特性が異なり、印字品質に影響が出るといった問題が発生する。
【０００５】
この問題の改善策として、例えば、特開平８−３９８０３号公報では、インク流路の形状や寸法を変化させて、インク供給源からの距離の違いを補償して噴射特性を均一に保ちつつ、ノズル位置を異ならせる方法が提案されている。この方法によって、ノズルの位置を異ならせても噴射特性をほぼ均一とすることができる。この構成では、流路の形状が複雑でかつ隣接間で異なるため、樹脂層をフォトファブリケーションで加工する方法が必要とされる。感光性の樹脂層は、インク、特に耐水化を進めたインクに対して長期間の信頼性に欠けるという問題がある。また、インクの流路を発熱素子を配置した基板に形成し、ノズルを別体の部材に形成することになるため、コスト高となる。さらに、ノズルを形成する部材は、発熱素子からノズルの先端までの距離を短くしてエネルギー効率を良くするため、通常は薄いプレート状となり、強度に問題がある。
【０００６】
一方、特願平８−８４９１１号に記載されているように、インクの流路とノズルを樹脂成型によって１つの部材に形成する構成が提案されている。この構成では、製造コストを低減し、また、ノズルを形成する部材の厚みを確保することができるため、強度的にも問題はない。しかし、この構成では上述の特開平８−３９８０３号公報に記載されているような構造を実現するためには、微細な流路溝もノズル形成部材に一体的に形成しなければならない。流路絞り部分や圧力室の位置をノズルの並び方向に直交する方向にずらすことは、型加工方法に多くの制約を受け、その実現は困難であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、簡易な構造によって時分割駆動に対応したインクの着弾位置を揃え、高画質を得ることができ、より安価なインクジェットプリントヘッドを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、複数の発熱素子を有する基板と、前記発熱素子のそれぞれに対応してインクを噴射する噴射口が開口したノズルと前記発熱素子の発熱による気泡の発生によって圧力を発生する圧力室とインク共通液室からのインクを前記圧力室に供給するための個別流路が形成された流路形成部材とが接合されてなり、前記ノズルはブロック化されてブロックごとに時分割駆動され、前記個別流路に連通するインク共通液室から前記個別流路を介して前記圧力室に供給されたインクを前記ノズルの噴射口から噴射して記録を行なうインクジェットプリントヘッドにおいて、前記流路形成部材に形成された前記個別流路および前記圧力室はそれぞれ一列または複数列に直線上に並んでおり、前記圧力室は前記インク共通液室から等距離に同じ形状で形成されており、前記ノズルは前記圧力室に接続されて前記個別流路の方向と直交する方向に形成されており、前記ノズルの位置が前記ノズルと対応する前記発熱素子の前記時分割駆動されるタイミングに応じて前記個別流路の方向にずれて形成されているとともに、前記基板上の前記発熱素子の発熱領域の位置が、前記ノズルの位置に対応して前記個別流路の方向にずれて形成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッドにおいて、前記個別流路および前記圧力室は樹脂成型によって形成され、前記ノズルは成型された前記流路形成部材の前記圧力室の形成面にレーザー加工により形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッドにおいて、前記ノズルと前記圧力室との接続部から前記圧力室内の前記発熱素子までの高さをＰH 、前記ノズルの長さをＮL 、前記圧力室へインクを供給する前記個別流路の最小高さをＲL とするとき、ＲL ＜ＰH ≦ＮL の関係にあることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１または３に記載のインクジェットプリントヘッドにおいて、前記ノズルは、インクの噴射方向に向かってその断面積が縮小する方向に傾斜を有する面によって構成されており、前記ノズルの並び方向の傾斜に対して前記ノズルの並び方向に直交する方向の傾斜が大きいことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１、３、４のいずれか１項に記載のインクジェットプリントヘッドにおいて、前記ノズルの位置に対応して前記ノズルの寸法、前記発熱領域の寸法、駆動信号の少なくとも１つを変化させることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項１、３、４のいずれか１項に記載のインクジェットプリントヘッドにおいて、前記インク共通液室から前記ノズルの位置までの距離が長いものは短いものに対して前記ノズルの径を相対的に小さく形成したことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項１、３、４のいずれか１項に記載のインクジェットプリントヘッドにおいて、前記インク共通液室から前記ノズルの位置までの距離が長いものは短いものに対して前記発熱素子の前記発熱領域の寸法を相対的に小さくしたことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項１、３、４のいずれか１項に記載のインクジェットプリントヘッドにおいて、１つの前記発熱素子に印加される駆動信号は、少なくとも吐出のための駆動パルスと、該駆動パルスの前に与えられ気泡を発生しない事前駆動パルスを含む２つ以上のパルスから構成されるものであって、前記インク共通液室から前記ノズルの位置までの距離が長いものは短いものに対して前記事前駆動パルスによって与えるエネルギーを小さくすることを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図５は、本発明のインクジェットプリントヘッドの実施の一形態を示す断面図、図６は、同じく平面図、図７は、同じく分解斜視図である。図中、１はヘッドチップ、２はヒートシンク、３は開口部、４は流路形成部材、５はノズル、６はジョイント、７はインク供給管、８は共通液室、９はボンディングワイヤである。
【００１８】
ヘッドチップ１は、例えばＳｉ基板などによって構成され、その表面に複数の発熱素子と、発熱素子を駆動するための電気配線などが成膜されている。後述するように、発熱素子の位置は、流路形成部材４に形成された個別流路の方向に、その発熱素子の駆動タイミングに応じてずらして形成することができる。Ｓｉ基板状には、発熱素子のほか、各発熱素子を駆動するための駆動回路も形成される場合もある。さらに、平坦化層、または保護層として感光性樹脂などによる薄い樹脂層が成膜される場合もある。
【００１９】
ヒートシンク２は、例えばＡｌなどで構成された金属基板である。このヒートシンク２上に、例えば銀エポキシなどの熱伝導性のよい接着材などを用いてヘッドチップ１が載置され、熱的に結合している。このヒートシンク２によってヘッドの強度を保つとともに、ヘッドチップ１で発生する熱を逃がす。また、このヒートシンク２の表面には、プリンタ本体とヘッドチップを結ぶための電気配線が施されており、ヘッドチップ１との間はボンディングワイヤ９などによって電気的に接続されている。また、ヒートシンク２には、ノズル５の配列方向に延在する開口部３が設けられている。この開口部３を通してジョイント６が挿入される。ヘッドチップ１はこの開口部３にかかるように配置される。
【００２０】
流路形成部材４は、例えば樹脂などによって成形され、開口部３を覆うように配置される。流路形成部材４はヘッドチップ１の上部も一部覆っており、ヘッドチップ１にアライメント接合または密着される。ヘッドチップ１上の部分は厚さが薄く形成されている。そして、ヘッドチップ１上に形成されている発熱素子の位置に合わせてノズル５となる開口が設けられている。このノズル５は、個別のインク流路の方向に、その発熱素子の駆動タイミングに応じてずらして形成する。ヘッドチップ１と流路形成部材４は、各インクの流路を閉塞しないように各部が接着され、インクが漏れ出さないように封止される。
【００２１】
ジョイント６は、図示しないインクタンクに保持されているインクをインク供給管７を介して供給する。ジョイント６は開口部３に挿入される。ジョイント６が開口部３に挿入される部分は、ほぼ開口部３と同様の形状を有しており、インク供給管７が接続されている部分を除き、ヒートシンク２の面とほぼ平行な面を有している。この面とヘッドチップ１の裏面との間、および流路形成部材４の裏面との間でシールされる。これにより、ヘッドチップ１の側面と流路形成部材４の面、およびジョイント６の上面で形成される、個別のインク流路の配列方向に延在する共通液室８を形成する。インク供給管７から供給されたインクは、共通液室８を介してそれぞれ個別のインク流路へと供給され、発熱素子の発熱による気泡の発生によってノズル５から噴射される。インク供給管７の途中には、インク中のゴミや気泡を除去するためのフィルタを挿入しておくとよい。
【００２２】
上述の例では、ジョイント６と流路形成部材４の底面との間でシールする例を示したが、これに限らず、ジョイント６の一端を共通液室８の上部まで延在させ、流路形成部材４の薄肉部でシールするように構成してもよい。あるいは逆に、流路形成部材４の底面からヒートシンク２の開口部３を貫通するような突起を伸ばし、ヒートシンク２の裏面側でジョイント６と接続するように構成してもよい。
【００２３】
また、ヒートシンク２に開口部３を設けなくても、ヒートシンク２の端部を用いることができる。ヒートシンク２の端部にかかるようにヘッドチップ１を載置し、流路形成部材４およびジョイント６を接続する構成とする。この場合、図５の左側に分離して図示されているヒートシンク２の部分がない構成となる。
【００２４】
図１は、本発明のインクジェットプリントヘッドの実施の一形態におけるノズル部分の一部拡大平面図、図２は、同じくＸ１−Ｘ１断面図、図３は、同じくＸ２−Ｘ２断面図、図４は、同じくＹ１−Ｙ１断面図である。図中、１１は発熱素子、１２は個別流路、１３は絞り部、１４は圧力室、１５，１６はノズルテーパー面、１７は隔壁、１８はノズル面である。
【００２５】
流路形成部材４には、ヘッドチップ１上に設けられた各発熱素子１１に対応して、隔壁１７によって隔てられ、ノズル５、圧力室１４、個別流路１２が、例えば樹脂成型等によって形成されている。また各個別流路１２は共通液室８に連通している。各個別流路１２には絞り部１３が設けられ、インクの噴射方向と逆方向にインクの流路を絞っている。すなわち、圧力室１４内の高さをＰH 、絞り部１３の先端からヘッドチップ１までの間隔をＲL とすると、ＰH ＞ＲL となるように構成している。この絞り部１３によって圧力室１４内に発生する気泡成長時の圧力エネルギーを共通液室８側に極力伝搬させないようにし、効率的に吐出方向へ向かうようにして、エネルギー効率を向上させている。この気泡による圧力の共通液室８側への伝搬の防止は、言い換えれば、発熱素子１１を境にノズル５側流路と共通液室８側流路との流体抵抗のバランスを適当に設定することである。すなわち、共通液室８側の流路を広くして、流体抵抗を小さくすると、圧力エネルギーはより共通液室側へ逃げ、インクの流速やインク滴の体積が小さくなり、エネルギー効率が悪化する。逆に狭くしすぎると、流体抵抗が大きくなり、吐出後のインク再供給が遅くなり、高速印字ができなくなる。
【００２６】
この絞り部１３は、従来のように個別流路１２の配列方向に絞る構造ではないので、個別流路に余計な幅を必要とせず、圧力室１４とともに個別流路１２の幅を狭くすることができる。これによってノズル５の配置密度を高めることができる。また、成形型が切削加工によっても作製可能な簡易な形状となるので、製造コストを低減することができる。もちろん、個別流路１２の幅を圧力室１４と同一にせずに、圧力室１４に比べて狭くすることにより、共通液室８側への圧力伝搬を防止してもよいが、型加工の観点からは作製が困難な形状となる。
【００２７】
圧力室１４は、共通液室８から等距離に同じ形状で形成されている。このとき、上述の特開平８−３９８０３号公報に記載されているように各圧力室１４の位置をずらすことはない。ここでは１列に配置した例を示しているが、２列以上配置されることもある。２列以上の場合も、それぞれ直線状に配置されることには変わりはない。圧力室１４の幅および高さは、個別流路１２とほぼ等しく形成されている。これにより、更に型加工は容易となり、直交する２種の切削加工で、流路溝、絞り部、圧力室部の型が作製できる。
【００２８】
圧力室１４の上部にはノズル５が設けられている。ノズル５は、図１に示すように、そのノズル５に対応する発熱素子１１の駆動タイミングに従って個別流路１２の方向にずらして配置されている。図１に示す例では、３本のノズルおきに同時噴射を行なう場合を示している。図中の上から１〜４番目のノズル５に対応する発熱素子１１は、それぞれ異なる駆動タイミングで駆動され、図中の上から１番目と５番目、２番目と６番目、３番目と７番目、４番目と８番目のノズル５に対応する発熱素子１１は、同じ駆動タイミングで駆動されるため圧力室１４の同じ位置に配置されている。例えば、図中の１番目と５番目のノズル５は、図２に示すように圧力室１４の最奥部に設けられ、４番目と８番目のノズル５は、図３に示すように圧力室１４の最も共通液室８に近い部分に設けられている。このとき、個別流路１２の並び方向のノズル５のズレはなく、図４に示すように圧力室１４の幅いっぱいに、あるいは幅の中央に設けられる。なお、ここでは３本のノズルおきに同時に噴射を行なう場合の例として、３本おきに同じ位置にノズル５を形成したが、２本おきや４本以上おきに同時に噴射を行なうように構成することもでき、その場合にも同時に噴射を行なうノズル５については同じ位置に形成すればよい。
【００２９】
各ノズル５は、発熱素子１１から開口部へ向けて、個別流路１２の延在する方向のノズルテーパー面１５および個別流路の配列方向のノズルテーパー面１６によってインクの噴射方向に絞られている。ノズルテーパー面１５は、ノズルテーパー面１６よりもテーパー角度を大きくしている。この構造によって、ノズル５をずらして配置したことによる共通液室８側への流体抵抗の変化がさらに小さくなり、ノズル５間での吐出特性の揃ったヘッドが得られる。また、ノズル部での圧力損失が小さくなり、エネルギー効率のよいヘッドが得られる。この例では、個別流路１２の幅が狭いため、ノズルテーパー面１６のテーパー角度をあまりとれないが、十分なテーパー角度をとれる場合には、ノズルテーパー面１５と同じテーパー角度としてもよい。上述のようなテーパー角の異なる面を有するノズル５の加工方法としては、例えば一般的なエキシマレーザー装置を用い、２種のマスクを通過させて加工面にレーザー光を照射したり、または複数回のレーザー光照射を行なう方法などがある。
【００３０】
ノズル５の長さＮＬ  は、圧力室１４の高さＰＨ  との寸法関係がＰＨ  ≦ＮＬ  となるように形成される。このような寸法関係にすることで、発熱素子１１上で発生する気泡の成長がノズル５内で行なわれ、インク吐出方向が安定して良好なインク吐出を実現できる。また、このような構成によりノズル長ＮＬ  を長くとってもエネルギー効率の低下がなく、また最薄肉部が厚くとれるので成形が容易で、丈夫なヘッドとなる。このとき、圧力室１４またはノズル５と発熱素子１１の位置関係がノズル５ごとに多少異なることになり、共通液室８側への流体抵抗が変化する。しかし、上述のように絞り部１３の先端からヘッドチップ１までの間隔ＲＬ  と圧力室１４の高さＰＨ  との関係ＲＬ  ＜ＰＨ  から、ほぼ個別流路１２の最小高さＲＬ  および長さで決定される。そのため、上述したようにバランスされた流体抵抗には大きな差がなく、最高駆動周波数や吐出速度、吐出インク量に大きな差がでない。
【００３１】
この例では、ノズル５が開口するノズル面１８は、流路形成部材４の他の領域より凹んでいる。そのため、発熱素子１１の面からノズル５までの距離を小さくしてインクの吐出のためのエネルギー効率を向上させている。また、このノズル面１８以外の部分の材厚を厚くできるので、流路形成部材４の強度を増すことができる。
【００３２】
圧力室１４の底部には発熱素子１１が設けられている。この発熱素子１１は、個別流路１２の方向に長い略長方形に設けられている。これにより、ノズル５の並び方向の幅を小さくし、発熱素子１１の配置密度を高くしている。発熱素子１１は、圧力室１４内の同じ位置にすべて配置することもできるが、図２および図３に示すように、駆動タイミングに応じてずらして配置することもできる。発熱素子１１をずらして配置する場合、発熱領域の中心位置は、ノズル５の中心位置に概略一致させる。このように発熱素子１１をずらして配置することによって、吐出に寄与しないエネルギーを減らして吐出効率を向上させることができる。
【００３３】
具体的なインクジェットプリントヘッドにおける各部の寸法の例としては、
ノズル５の並びピッチ：４２．５μｍ
ノズル５の出口径：φ２０μｍ
ノズル５の入口側の個別流路１２の並び方向の直径：２６μｍ
ノズル５の入口側の個別流路１２の延在する方向の直径：３２μｍ
ノズルテーパー面１５のノズルテーパー角度：１０゜
ノズルテーパー面１６のノズルテーパー角度：５゜
ノズル５の長さＮＬ  ：３５μｍ
圧力室１４の高さＰＨ  ：２０μｍ（ＰＨ  領域の個別流路１２の延在する方向の長さ：７０μｍ、個別流路１２の並び方向の長さ：２６μｍ）
個別流路１２の最小高さＲＬ  ：１０μｍ（最小高さ部分の個別流路１２の延在する方向の長さ：１５μｍ）
発熱領域１１の寸法：個別流路１２の並び方向２８μｍ、個別流路１２の延在する方向６０μｍ
とすることができる。
【００３４】
図８は、本発明のインクジェットプリントヘッドの実施の一形態におけるノズル位置による噴射特性の一例の説明図である。上述の例では、発熱素子１１は圧力室１４の流路方向でノズル位置に関係なく一定（ほぼ中央）の場合である。このヘッドにおけるノズル位置による噴射特性の差は、図８に示すようになっていた。インク流速、インク吐出量ともに、その差は１〜２％のレベルであり、測定誤差に近い値であって、画質に影響を与えるものではなかった。
【００３５】
上述の本発明のインクジェットプリントヘッドの実施の位置形態における動作の一例について、概要を説明する。図示しないインク供給源から供給されたインクは、共通液室８から複数の各個別流路１３を介して各圧力室１４へ供給される。圧力室１４に供給されたインクは、ヘッドチップ１上の発熱素子１１により加熱され、気泡を発生する。気泡は、圧力室１４内およびノズル５へと成長してゆく。その気泡の成長の際の圧力エネルギーにより、ノズル５よりインクを吐出し、図示しない被記録材上に付着することで、１ドット分の画像を形成する。
【００３６】
また、図１に示すように４本ごとにノズル５の位置をずらして形成したインクジェットプリントヘッドを用い、このインクジェットプリントヘッドを図中右から左方向へ移動させ、あるいは、被記録材を図中左から右方向へ移動させて記録を行なう場合を考える。図中の縦にドットが１列に並ぶ直線を記録する場合、まず１，５，９，・・・番目のノズル５に対応する発熱素子１１が同時に駆動され、３ドットおきの画像が記録される。その後、インクジェットプリントヘッドと被記録材の相対移動によって、２，６，１０，・・・番目のノズル５の位置がインクを吐出すべき位置となるので、つぎのタイミングでこれらのノズル５に対応する発熱素子１１を駆動し、３ドットおきの画像を記録する。さらにインクジェットプリントヘッドと被記録材の相対移動によって、次は３，７，１１，・・・番目のノズル５の位置がインクを吐出すべき位置となり、つぎのタイミングでこれらのノズル５に対応する発熱素子１１を駆動し、３ドットおきの画像を記録する。さらにインクジェットプリントヘッドと被記録材の相対移動によって、４，８，１２，・・・番目のノズル５の位置がインクを吐出すべき位置となるので、つぎのタイミングでこれらのノズル５に対応する発熱素子１１を駆動し、３ドットおきの画像を記録する。このようにして、４回に分割した駆動によって、すべてのノズルからのインクの吐出を行なうことができる。記録されたドットは直線上に並ぶので、高品質の画像を得ることができる。また、同時に駆動される発熱素子１１は、最大でも全体の１／４であるので、電源容量を１／４にすることができ、装置の小型化が可能である。
【００３７】
上述のようにノズル５を設ける位置を、発熱素子１１の駆動タイミングに応じてずらした場合、ノズル間でほとんど影響はないものの、多少の噴射特性のばらつきは生じる（例えば図８参照）。例えば、図２に示したように共通液室８から遠いノズル５の位置（以下、位置Ａと呼ぶ）と、図３に示したように共通液室８に近いノズル５の位置（以下、位置Ｂと呼ぶ）とで比較すると、インク吐出速度では位置Ａの方が位置Ｂよりも速い。また、インク吐出量では、位置Ａでは位置Ｂ以上の吐出量となる。さらに、最高駆動周波数は、位置Ａより位置Ｂの方が高い。以下の説明では、このような噴射特性のばらつきを均一化し、さらなる高画質化を実現したインクジェットプリントヘッドについて述べる。
【００３８】
本発明では、上述のような噴射特性のばらつきを、発熱素子１１のサイズ、ノズル５の径、発熱素子１１に印加するエネルギーなどで補正する。従来のようにインクの流路の長さや形状などを発熱素子１１ごとに変更することはしていない。
【００３９】
発熱素子１１のサイズは、位置Ａの場合に位置Ｂの場合よりも小さくする（Ａ＜Ｂ）。位置Ａでは、インク流路の流体抵抗バランスにより、位置Ａでは発生圧力エネルギーの吐出方向へ向かうエネルギー比が大きくなるので、発熱素子１１のサイズを小さくして全体の発生圧力エネルギーを小さくし、吐出方向へ向かう気泡成長時の圧力エネルギーを位置Ｂと同等とする。このとき、共通液室８側への圧力エネルギーが位置Ａよりも位置Ｂの方が大きくなり、位置Ａでのインクの再供給速度が向上して最高駆動周波数を高め、位置Ｂと同等にできる。ここでは発熱素子１１の単位面積当たりのエネルギーは同等としている。
【００４０】
ノズル５の径は、位置Ｂにおける径を位置Ａにおける径よりも大きく（Ａ＜Ｂ）するとよい。これにより、インク吐出量が小さな位置Ｂにおけるインク吐出量を増加させ、位置Ａと同等のインク吐出量に調整できる。ただし、ノズル５の開口径が大きくなるためにインク吐出速度の低下を引き起こすが、速度の変化は吐出量の変化ほどは大きくない。また、ノズル５の径を大きく変化させると流路の流体抵抗バランスが崩れてしまうため、あまり大きく変化させることはできない。
【００４１】
発熱素子１１に印加するエネルギーは、位置Ｂよりも位置Ａを小さくする（Ａ＜Ｂ）。上述のように位置Ａでは吐出方向へ向かう圧力エネルギー比が大きくなるので、位置Ａの発熱素子１１に印加するエネルギーを小さくすることにより、吐出方向へ向かう気泡成長時の圧力エネルギーを位置Ｂと同等とする。図９は、駆動パルス波形の一例の説明図である。発熱素子１１にエネルギーを印加する場合、１つの駆動パルスを印加するほか、図９に示すように複数の駆動パルスを印加する場合もある。図９に示すように２つの駆動パルスＰ１とＰ３を印加する場合、駆動パルスＰ１は、気泡を発生しないで発熱素子１１を発熱させるためのパルスであり、気泡が発生する前に発熱素子１１の周辺のインクの温度を上昇させる。また、駆動パルスＰ３は気泡を発生させて実際にインクを吐出させるためのパルスである。上述のようにノズル５の位置に応じて印加するエネルギーを異ならせる場合、例えば駆動パルスＰ１のエネルギーを変化させればよい。駆動パルスＰ１のエネルギーを異ならせることにより、発熱素子１１の周辺のインクの温度を変化させ、発生する気泡体積、すなわちインク滴を変化することができる。
【００４２】
好ましくは、上記の３種類の調整方法のうち、２種類以上の組み合わせにて調整するのが好ましく、この場合は上述した調整方向が逆転する場合もある。このほかにも、例えばノズル５のノズルテーパー面１５のテーパー角度などによって微調整したり、絞り部１３による個別流路１２の絞り量によって微調整するなど、種々の微調整の方法を適用することができる。また、これらの各種の噴射特性のばらつきの補正方法をいくつか組み合わせることによって補正を行なうこともできる。
【００４３】
図１０は、本発明のインクジェットプリントヘッドの別の実施の形態におけるノズル部分の一部拡大平面図である。図１０に示した例では、隣接した４本のノズル５を同時噴射するタイプの駆動方法に対応したノズル５の配置を示したものである。図１０に示すように、隣接した同時噴射する４本のノズル５については同じ位置にノズル５を形成し、４本ごとに異なる位置にノズル５を形成している。なお、位置の異なるノズル５間の補正は、上述の例と同様にして行なうことができる。
【００４４】
この例において、インクジェットプリントヘッドを図中右から左方向へ移動させ、あるいは、被記録材を図中左から右方向へ移動させて記録を行なう場合を考える。図中の縦にドットが１列に並ぶ直線を記録する場合、まず１〜４番目のノズル５に対応する発熱素子１１が同時に駆動され、４ドットの画像が記録される。その後、インクジェットプリントヘッドと被記録材の相対移動によって、５〜８番目のノズル５の位置がインクを吐出すべき位置となるので、つぎのタイミングでこれらのノズル５に対応する発熱素子１１を駆動し、４ドットの画像を記録する。このようにして順次吐出すべき位置となる４本のノズル５について発熱素子１１を駆動してゆくことにより、４ドットずつ複数回の駆動によって１列の記録を行なうことができる。このとき、記録されたドットは直線上に並ぶので、高品質の画像を得ることができる。また、同時に駆動される発熱素子１１は４個であるので、電源容量を少なくして装置の小型化を図ることができる。
【００４５】
この例では、４本のノズルを同時に駆動する例を示したが、３本以下や５本以上のノズルを同時に駆動する構成であってももちろんよい。また、上述した２つの例に限らず、種々の駆動方法に対応して構成することが可能である。例えば、隣接する数本のノズルをブロックとし、離れた複数のブロックを同時駆動するように構成してもよい。どのような駆動方法を用いる場合にも、同時に駆動するノズルについては同じ位置とし、異なるタイミングで駆動するノズルについては異なる位置にノズルを形成すればよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１に記載の発明によれば、複数の発熱素子を有する基板と、発熱素子のそれぞれに対応してインクを噴射する噴射口が開口したノズルと発熱素子の発熱による気泡の発生によって圧力を発生する圧力室とインク共通液室からのインクを前記圧力室に供給するための個別流路が形成された流路形成部材とが接合されてなり、ノズルはブロック化されてブロックごとに時分割駆動され、個別流路に連通するインク共通液室から個別流路を介して圧力室に供給されたインクをノズルの噴射口から噴射して記録を行なうインクジェットプリントヘッドにおいて、流路形成部材に形成された個別流路および圧力室はそれぞれ一列または複数列に直線上に並んでおり、圧力室はインク共通液室から等距離に同じ形状で形成されており、ノズルは圧力室に接続されて個別流路の方向と直交する方向に形成されており、ノズルの位置がノズルと対応する発熱素子の時分割駆動されるタイミングに応じて個別流路の方向にずれて形成されていることにより、時分割駆動に対応してインクの着弾位置が揃い、高画質の記録を行なうことのできるインクジェットプリントヘッドを得ることができる。さらに、基板上の発熱素子の発熱領域の位置が、ノズルの位置に対応して個別流路の方向にずれて形成されていることにより、噴射効率のよいインクジェットプリントヘッドが得られる。
【００４７】
また、請求項２に記載の発明のように、個別流路および圧力室を樹脂成型で形成することによって、安価なインクジェットプリントヘッドが得られる。また、噴射駆動タイミングに応じてずらして形成しなければならないノズルをレーザー加工により形成することによって、容易にノズルを加工することができ、製造コストを低減することができる。また、強度的にも十分なインクジェットプリントヘッドを製造することができる。
【００４９】
さらに、請求項４に記載の発明のように、ノズルは、インクの噴射方向に向かってその断面積が縮小する方向に傾斜を有する面によって構成されており、ノズルの並び方向の傾斜に対して前記ノズルの並び方向に直交する方向の傾斜が大きくなるように形成したことによって、より噴射効率がよく、よりノズルごとに噴射特性の揃ったヘッドが得られる。
【００５０】
個別流路、圧力室、ノズルの関係は、請求項３に記載の発明のように、ノズルと圧力室との接続部から、圧力室内の発熱素子までの高さをＰH 、ノズルの長さをＮL 、圧力室へインクを供給する個別流路の最小高さをＲL とするとき、ＲL ＜ＰH ≦ＮL の関係とすることにより、圧力室や個別流路とノズルとの相対位置が異なっても、インクの流速や駆動可能周波数などの噴射特性があまり変わらないようにすることができる。そのため、ノズルの位置を駆動タイミングに応じて異ならせても、噴射特性をそれほど変えることなく記録を行なうことができ、高品質の記録画像を得ることができる。この時、ノズル長ＮL を長くとってもエネルギー効率が低下せず、成形時の最薄肉部を薄くできるので、成形が容易であり、歩留まりの向上が図れる。また、強度的にも頑丈なヘッドとなる。
【００５１】
さらに噴射特性を揃えるため、請求項５に記載の発明のように、ノズルの位置に対応して、ノズルの寸法、発熱領域の寸法、駆動信号の少なくとも１つを変化させることによって、より噴射特性を均一に制御することができる。例えば、ノズルの寸法については、請求項６に記載の発明のように、インク共通液室からノズルの位置までの距離が長いものは短いものに対して、ノズルの径を相対的に小さくし、吐出インク量を均一にすることができる。また、発熱領域の寸法としては、請求項７に記載の発明のように、インク共通液室からノズルの位置までの距離が長いものは短いものに対して、発熱素子の発熱領域の寸法を相対的に小さくすればよく、インク吐出速度と吐出インク量を均一にすることができる。さらに、駆動信号については、請求項８に記載の発明のように、駆動信号として、少なくとも吐出のための駆動パルスと、該駆動パルスの前に与えられ気泡を発生しない事前駆動パルスを含む２つ以上のパルスから構成される場合、インク共通液室から前記ノズルの位置までの距離が長いものは短いものに対して、事前駆動パルスによって与えるエネルギーを小さくすることによってインク吐出速度と吐出インク量を均一にすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェットプリントヘッドの実施の一形態におけるノズル部分の一部拡大平面図である。
【図２】本発明のインクジェットプリントヘッドの実施の一形態におけるノズル部分のＸ１−Ｘ１断面図である。
【図３】本発明のインクジェットプリントヘッドの実施の一形態におけるノズル部分のＸ２−Ｘ２断面図である。
【図４】本発明のインクジェットプリントヘッドの実施の一形態におけるノズル部分のＹ１−Ｙ１断面図である。
【図５】本発明のインクジェットプリントヘッドの実施の一形態を示す断面図である。
【図６】本発明のインクジェットプリントヘッドの実施の一形態を示す平面図である。
【図７】本発明のインクジェットプリントヘッドの実施の一形態を示す分解斜視図である。
【図８】本発明のインクジェットプリントヘッドの実施の一形態の具体例におけるノズル位置による噴射特性の一例の説明図である。
【図９】駆動パルス波形の一例の説明図である。
【図１０】本発明のインクジェットプリントヘッドの別の実施の形態におけるノズル部分の一部拡大平面図である。
【符号の説明】
１…ヘッドチップ、２…ヒートシンク、３…開口部、４…流路形成部材、５…ノズル、６…ジョイント、７…インク供給管、８…共通液室、９…ボンディングワイヤ、１１…発熱素子、１２…個別流路、１３…絞り部、１４…圧力室、１５，１６…ノズルテーパー面、１７…隔壁、１８…ノズル面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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