(57)【要約】【課題】  記録画像の高画質化および記録速度の高速化を図る。【解決手段】  各インク流路Ｈ１２０１には、インクの導入方向に対して電気熱変換素子Ｈ１１０３側の上流側端部とインク供給口Ｈ１１０２側の下流側後端との間に、各インク流路Ｈ１２０１を形成する隔壁Ｈ１１０６の壁面に互いに対向する外側凸部Ｈ１５０１および内側凸部Ｈ１５０２が形成される。そして、ノズル配列方向の中央側のインク流路Ｈ１２０１では、外側凸部Ｈ１５０１および内側凸部Ｈ１５０２が、ノズル配列方向の両端側壁面で対称な形状に形成される。また、ノズル配列方向の両端側のインク流路Ｈ１２０１では、外側凸部Ｈ１５０１および内側凸部Ｈ１５０２が、ノズル配列方向の一端側壁面と中央側壁面とで非対称な形状に形成される。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出するための複数の吐出口と、該複数の吐出口のそれぞれに連通する複数の液体流路と、該複数の液体流路に導入する液体を保持する共通液室と、前記各液体流路内に配置され液体を吐出させるためのエネルギを発生する吐出エネルギ発生手段とを備える液体吐出ヘッドにおいて、
前記各液体流路には、液体の導入方向に対して前記吐出エネルギ発生手段側の上流側端部と前記共通液室側の下流側後端との間に、前記各液体流路を形成する隔壁の壁面に互いに対向する凸部が形成され、
前記複数の吐出口の配列方向の中央側に位置する前記液体流路では、前記凸部が前記配列方向の両端側壁面で対称な形状に形成され、前記配列方向の両端側に位置する前記液体流路では、前記凸部が前記配列方向の一端側壁面と中央側壁面とで非対称な形状に形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記配列方向の両端側に位置する前記液体流路は、前記一端側壁面の前記凸部が、前記中央側壁面の前記凸部よりも、前記壁面からの突出量が大きい請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記一端側壁面の前記凸部は、前記配列方向の中央から両端に向かうに従って前記突出量が徐々に大きくなる請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記複数の液体流路は、前記一端側壁面の前記凸部と前記中央側壁面の前記凸部との対向間隙がそれぞれ等しい請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記配列方向の両端に位置する前記液体流路には、前記凸部が前記一端側壁面のみに形成されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドを備え、被記録材に液体を吐出して記録を行う記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の吐出口から液滴を吐出する液体吐出ヘッド、および被記録材に液滴を吐出して画像等を記録するための記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、インクジェット記録装置は、騒音、ランニングコストを低減し、装置全体の小型化、およびカラー化が容易である等の理由から、プリンタやファクシミリ、複写機等に広く利用されている。
【０００３】
近年、インクジェット記録装置には、高画質化・高速化が要求される傾向にある。特に、インクジェットプリンタの分野では、写真並みの画質をめざして更なる改良が続けられているが、このような画質を得ようとする画像は、一般には用いるインクの各色とも比較的デューティが高い画像である。加えて、このような高画質の画像はそれ程時間を要せずに出力がなされることも重要である。
【０００４】
より一層高品位な画像を記録するために、ノズルの高解像度化、インク液滴の小液滴化が進んでいる。また、記録速度（印字速度）の高速化を実現するために、ノズルの高密度化、ノズル数の増加が図られている。
【０００５】
高画質化を図るためには、比較的小さなインク液滴あるいは濃度が比較的低いインク液滴を一定の面積に多く打ち込むことによって、画像の粒状感を低減させることが重要である。
【０００６】
また、記録速度の高速化を達成するためには、一定のインク液滴を打ち込むために必要とされる時間を短縮することが必要である。そのためには、吐出口から被記録材へインク液滴を吐出する吐出間隔を短縮するか、多量のインク液滴を一度に打ち込むことが必要となる。
【０００７】
しかしながら、上述の吐出間隔を短くした場合には、インク吐出口へのインクの補充が間に合わなくなるおそれがあるので、実際には多数の吐出口を一列に並べて配置して、多数の吐出口によって一度に多量のインク液滴を吐出させる構成にする必要がある。
【０００８】
また、従来のインクジェット記録ヘッドとしては記録速度の高速化を図るために、図６に示すように、インク流路Ｈ２２０１を構成する隔壁２１０６に凸部Ｈ２１０９（以下、流路抵抗体と称する。）が設けられ、インク流路Ｈ２２０１の断面積を狭窄にする構成としたインクジェット記録ヘッドが開示されている（特許文献１参照。）。
【０００９】
この従来のインクジェット記録ヘッドは、電気熱変換素子Ｈ２１０３を作用させて発生した気泡による圧力のうち、インク流路Ｈ２２０１の共通液室であるインク供給口側へ向かう圧力伝搬とインク流を抑制し、インクを吐出口Ｈ２１０７から効率良く吐出させることと、吐出によって吐出口Ｈ２１０７後方に後退したインクメニスカスの吐出口Ｈ２１０７位置への復帰を良好なものとし、吐出特性を向上し、より一層高い周波数でのインクの吐出を可能としている。
【特許文献１】特開平０５−１１６３０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、小ドットを形成するための、相対的に少ない量のインク滴（小液滴）は、吐出によりそのインク滴が持つ運動エネルギーが比較的小さいため、記録動作に伴うメカニカルな部分の振動や、被記録材に対して記録ヘッドが移動する際に生じる気流の影響等によって、吐出状態に乱れ（ヨレ）を生じ、形成されるドットの位置がずれる等の事態を招くことがある。そして、このドットの形成位置ズレは、記録される画像の品位の低下として認識されることになる。特に、中間階調部分は、ハイライト部に比べてドット密度が高いので、このドットの形成位置ズレによって、スジ等が目立ちやすくなる。
【００１１】
また、インク液滴が飛翔したときには、その周囲には気流が発生し、その気流によって吐出されたインク液滴が互いに接近する方向に向かって引力を受ける。このため、上述したようにインク液滴が一定の体積よりも小さい場合には、この気流によって発生する引力によって、同時に吐出されたインク液滴集団の中の端部に位置するインク液滴が、液滴集団の中央へ向かって引き寄せられてしまい、着弾位置が中央へと集まる、いわゆる集中化現象が発生する。
【００１２】
このため、被記録材に形成される主走査毎の記録範囲は、所望の面積よりも狭小になり、適正な画像形成が行われないという不都合が発生した。すなわち、インク液滴サイズを小さくしたために、インク液滴が周囲の空気流動の影響を受けやすくなり、所望の着弾位置からずれてしまうという問題が生じる。
【００１３】
このような問題は、特に、インクジェット記録ヘッドに実装された全ての吐出口から一斉にインク吐出動作を行う、いわゆる「全吐」と称する場合に顕著であり、一列の吐出口列に属する全吐出口のうち、吐出口の配列方向の両端、すなわち最も外側に位置する（以下、最外位置と称する。）吐出口から吐出されたインク液滴の着弾ドットが比較的大きくズレやすい。
【００１４】
また「全吐」を行わない場合であっても、列状に並んだ吐出口列に属する吐出口数が多くなった場合、すなわち吐出密度が高くなった場合には、着弾位置ズレが発生しやすくなる。ノズルの配列方向の最外位置のノズルから吐出されるインク液滴の着弾位置が、配列方向に対してノズルが配列する側、つまり配列方向の中央側（内側）へ向かってずれる。この結果、例えば全面ベタ記録を行った場合、各走査で記録される領域の境界となるつなぎ目に白スジが生じることがあり、この白スジによって画像品質が著しく損なわれてしまう問題がある。
【００１５】
そこで、本発明は、比較的小さな複数の液滴を同時に比較的高速で吐出した場合であっても、液滴の集中化が発生せず、適正な範囲に液滴を着弾させることができ、高画質化および高速化を達成することが可能な液体吐出ヘッドおよび記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した目的を達成するため、本発明に係る液体吐出ヘッドは、液滴を吐出するための複数の吐出口と、これら複数の吐出口のそれぞれに連通する複数の液体流路と、これら複数の液体流路に導入する液体を保持する共通液室と、各液体流路内に配置され液体を吐出させるためのエネルギを発生する吐出エネルギ発生手段とを備える。この液体吐出ヘッドの各液体流路には、液体の導入方向に対して吐出エネルギ発生手段側の上流側端部と共通液室側の下流側後端との間に、各液体流路を形成する隔壁の壁面に互いに対向する凸部が形成される。そして、複数の吐出口の配列方向の中央側に位置する液体流路では、凸部が前記配列方向の両端側壁面で対称な形状に形成される。また、前記配列方向の両端側に位置する液体流路では、凸部が前記配列方向の一端側壁面と中央側壁面とで非対称な形状に形成される。
【００１７】
以上のように構成した本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、複数の吐出口の配列方向の中央側に位置する液体流路では、配列方向の両端側壁面から突出された各凸部の突出量が等しく、配列方向の両端側に位置する液体流路では、配列方向の一端側壁面から突出された凸部の突出量と、中央側壁面から突出された凸部の突出量とが異なっている。すなわち、複数の液体流路は、吐出口の配列方向の位置によって、凸部の形状が異なるように形成されている。
【００１８】
そして、このような本発明の特徴に係る構成は、上述した特許文献１に開示されている従来のインクジェット記録ヘッドの構成に基づいて構成されている。特許文献１に開示されているインク流路の構造では、流路抵抗体が吐出エネルギ発生手段である電気熱変換素子の近傍に配置され、かつ、インク流路の狭窄部をなす、複数の吐出口の配列方向すなわちノズル配列方向の両端側壁面の各凸部の突出量のバランスを変化させたときに、インク滴の吐出方向が変化する。つまり、流路抵抗体がなす各凸部の突出量のバランスを変化させたとき、吐出方向がノズル配列方向、（インク流路内でのインクの導入方向と直交する方向）で、かつ、凸部の突出量が大きい壁面側にずれる。すなわち、電気熱変換素子が配置された発泡室内に流入するインク流の方向に従って吐出方向が変化する。
【００１９】
この現象は、吐出周期が十分に大きく発泡室である電気熱変換素子側に流入したインク流が実質的に静止状態になった場合には発生せず、印字デューティが高くインク流が収まる前に次ぎの吐出が開始される状態、すなわち、上述した気流による端部の白スジが起こりやすい状態で発生する。
【００２０】
これにより、ノズル配列方向の両端に位置するノズルの流路抵抗体において、ノズル配列方向の一端側壁面から突出する凸部の突出量を、ノズル配列方向の中央側壁面から突出する凸部の突出量よりも大きく形成することによって、ノズル配列方向の両端側に位置するノズルからの吐出方向を、ノズル配列方向の一端側に向けることで、上述の気流によってノズル配列方向の中央側へ向かう吐出方向のずれを相殺することが可能になる。
【発明の効果】
【００２１】
以上述べたように、本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、液体流路から吐出エネルギ発生手段側に進入する液体の流れが、吐出口の配列方向にほぼ平行で吐出口の配列方向の一端側壁面に向かう流れになる。したがって、このような液体の流れの影響を受けることで、吐出方向が配列方向の両端側に向かってずれるため、比較的高い周波数で連続して液滴を吐出させたときに発生する気流による配列方向の中央側に向かう吐出方向のずれが相殺される。したがって、本発明の液体吐出ヘッドによれば、気流による吐出方向のずれを軽減させることができ、白スジの発生が大幅に抑えられた記録画像の高画質化および記録速度の高速化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの第１の記録素子基板を示す斜視図である。図２は、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの第２の記録素子基板を示す斜視図である。
【００２４】
本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、図１および図２に示すように、ブラックインクを吐出するための第１の記録素子基板Ｈ１１００と、カラーインクを吐出するための第２の記録素子基板Ｈ１１０１とを備えている。
【００２５】
図１に示すように、第１の記録素子基板Ｈ１１００は、例えば、厚さ０．５〜１ｍｍ程度のＳｉ基板Ｈ１１１０に、貫通された長溝状の共通液室であるインク供給口Ｈ１１０２が、Ｓｉの結晶方位を利用した異方性エッチングやサンドブラスト等の加工で形成されている。また、Ｓｉ基板Ｈ１１１０には、インク供給口Ｈ１１０２を間に挟んだ両側に、吐出エネルギ発生手段である複数の電気熱変換素子Ｈ１１０３がそれぞれ１列ずつ千鳥状に配列されている。Ｓｉ基板Ｈ１１００には、電気熱変換素子Ｈ１１０３と、電気熱変換素子Ｈ１１０３に電力を供給するＡｌ等からなる電気配線が、成膜技術によって形成されている。さらに、Ｓｉ基板Ｈ１１００の主面上には、長手方向の両端部に、電気配線に電力を供給するための電極部Ｈ１１０４が設けられており、電極部Ｈ１１０４にＡｕ等からなる複数のバンプ接点Ｈ１１０５が形成されている。
【００２６】
そして、Ｓｉ基板Ｈ１１１０上には、各電気熱変換素子Ｈ１１０３に対応したインク流路Ｈ１２０１を形成するための隔壁Ｈ１１０６と吐出口Ｈ１１０７が、樹脂材料でフォトリソグラフィ加工によって形成されて、ブラックインクを吐出するための１組の吐出口群Ｈ１１０８が形成されている。したがって、第１の記録素子基板Ｈ１１００は、各電気熱変換素子Ｈ１１０３に対向して各吐出口Ｈ１１０７が設けられており、インク供給口Ｈ１１０２から供給されたインクを、電気熱変換素子Ｈ１１０３により発生した気泡によって吐出する。
【００２７】
第２の記録素子基板Ｈ１１０１は、図２に示すように、例えばシアン、マゼンタ、イエローの３色のインクをそれぞれ吐出するための３組の吐出口群Ｈ１１０８を有している点を除いて、上述した第１の記録素子基板Ｈ１１００の構成とほぼ等しく構成されているため、第１の記録素子基板Ｈ１１００と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００２８】
図３は、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの要部を説明するための平面図であり、ノズル配列方向の一端部を示している。なお、図３において、各インク流路に、一端（図３中左端）から中央側に向かう順序で、１，２，３，４・・・ｎ，ｎ＋１を付している。
【００２９】
図３に示すように、各インク流路Ｈ１２０１には、電気熱変換素子Ｈ１１０３が位置する上流側端部と下流側端部との間に位置して、このインク流路Ｈ１２０１を形成する隔壁Ｈ１１０６の壁面に、流路抵抗体Ｈ１５００を構成する凸部１５０１，Ｈ１５０２が対向してそれぞれ形成されている。すなわち、インク流路Ｈ１２０１には、複数の吐出口Ｈ１１０７の配列方向（以下、ノズル配列方向と称する。）に対して一端側壁面に形成された凸部Ｈ１５０１（以下、外側凸部Ｈ１５０１と称する。）と、ノズル配列方向の中央側壁面に形成された凸部Ｈ１５０２（以下、内側凸部Ｈ１５０２と称する。）とによって狭窄部が設けられている。
【００３０】
複数のインク流路Ｈ１２０１において、ノズル配列方向に対して中央に位置するインク流路Ｈ１２０１（図３中にｎで示す）は、ノズル配列方向の両端側壁面にそれぞれ形成された内側凸部Ｈ１５０２および外側凸部Ｈ１５０１が、インク供給室Ｈ１１０２からのインク導入方向に対して対称な形状にそれぞれ形成されている。また、複数のインク流路Ｈ１２０１において、ノズル配列方向に対して両端側に位置するインク流路Ｈ１２０１は、外側凸部Ｈ１５０１および内側凸部Ｈ１５０２が、インク導入方向に対して非対称な形状にそれぞれ形成されている。
【００３１】
そして、流路抵抗体Ｈ１５００は、インク流路Ｈ１２０１の狭窄部の幅である、一対の外側凸部Ｈ１５０１および内側凸部Ｈ１５０２の対向間隙が、全インク流路Ｈ１２０１で一定にされているとともに、所定の条件の下、外側凸部Ｈ１５０１が、ノズル配列方向の中央から両端に向かうに従って、壁面からの突出量が徐々に大きくなるように変化している。そして、ノズル配列方向の両端側に位置するインク流路Ｈ１２０１は、外側凸部Ｈ１５０１が、内側凸部Ｈ１５０２よりも、壁面からの突出量が大きくされている。
【００３２】
また、ノズル配列方向の両端に位置する、最も外側のインク流路（以下、最外端ノズルと称する。）には、流路抵抗体Ｈ１５００をなす内側凸部Ｈ１５０２が無く、外側凸部Ｈ１５０１の突出量が、全インク流路Ｈ１２０１のうちで最大となるように形成されている。
【００３３】
つまり、換言すれば、最外端ノズルから中央側に向かってｎ番目以降のノズルの流路抵抗体Ｈ１５００は、外側凸部Ｈ１５０１と内側凸部Ｈ１５０２の各突出量が均等に形成されている。そして、流路抵抗体Ｈ１５００の外側凸部Ｈ１５０１の突出量は、最外端ノズルからｎ番目のノズルまで一端側から中央側に向かって、一定の変化率をもって徐々に小さくなるように形成されている。一方、流路抵抗体Ｈ１５００の内側凸部Ｈ１５０２の突出量は、最外端ノズルからｎ番目のノズルまで一端側から中央側に向かって、一定の変化率をもって徐々に大きくなるように形成されている。
【００３４】
このような外側凸部Ｈ１５０１と内側凸部Ｈ１５０２の各突出量が変化する関係を図４に示す。図４中で横軸は、ノズル配列方向におけるノズル位置を示しており、横軸の左端が最外端ノズルに対応している。縦軸は各ノズルにおける流路抵抗体Ｈ１５００の外側凸部Ｈ１５０１の突出量と内側凸部Ｈ１５０２の突出量との差分ΔＨを示している。
【００３５】
図４に示すように、本実施形態では、ノズル配列方向に亘って、差分ΔＨの変化率が一定であるため、差分ΔＨが直線状に変化している。そして、この差分ΔＨは、最外端ノズルが最大値（ΔＨmax．＝インク流路の幅−狭窄部の幅）になり、最外端ノズルからｎ番目以降の中央ノズルが最小値（ΔＨmin．＝０）になっている。
【００３６】
以上のように構成されたインクジェット記録ヘッドにおいて、最外端ノズルでは、インク流路Ｈ１２０１から発泡室である電気熱変換素子Ｈ１１０３側に入り込むインク流が、図３中矢印Ａで示すように、ノズル配列方向にほぼ平行でノズル配列方向の一端側に向かう流れになる。
【００３７】
このため、この矢印Ａ方向の流れが収まる前に、次の吐出が開始されるような比較的高い周波数で連続して吐出させた場合には、矢印Ａ方向のインク流による影響を受けて、吐出方向がノズル配列方向の一端側に向かってずれる。したがって、このような比較的高い周波数で連続して吐出させたときに発生する気流によるノズル配列方向の中央側に向かう吐出方向のずれと、ノズル配列方向の一端側に向かう吐出方向のずれとが、相殺する関係になるので、気流による吐出方向のずれが軽減されることになる。
【００３８】
上述したように、本実施形態のインクジェット記録ヘッドによれば、各インク流路Ｈ１２０１に、内側凸部Ｈ１５０２と外側凸部Ｈ１５０１からなる流路抵抗体Ｈ１５００が設けられ、ノズル配列方向に亘って内側凸部Ｈ１５０２と外側凸部Ｈ１５０１とを所定の変化率をもって変化させることで、複数の吐出口Ｈ１１０７から比較的高い周波数で連続して吐出させたときに発生する気流によるインク滴の吐出方向のずれを抑制することができる。このため、このインクジェット記録ヘッドによれば、インク滴の着弾位置の精度が向上し、インクジェット記録ヘッドの各走査間のつなぎ目に白スジが生じることを大幅に抑制し、記録画像の高画質化および記録速度の高速化を実現することができる。
【００３９】
（他の実施形態）
次に、上述の実施形態のようにノズル配列方向に亘って差分ΔＨが一定ではなく、ノズル配列方向の位置に応じて差分ΔＨの変化率を変化させた第２の実施形態のインクジェット記録ヘッドについて簡単に説明する。なお、第２の実施形態のインクジェット記録ヘッドは、上述した第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドと基本構成が同一であるため、説明を省略する。
【００４０】
図５は、第２の実施形態のインクジェット記録ヘッドにおける差分ΔＨと、インク流路のノズル配列方向の位置との関係を説明するための図である。
【００４１】
上述したように、吐出時の気流による吐出方向は、ノズル配列方向の中央側近傍のノズルになるほど、ノズル配列方向の両端側にそれぞれ位置する各ノズル群から受ける影響が均等に作用するため、ずれが生じにくくなる。
【００４２】
そこで、このことを考慮し、本実施形態のインクジェット記録ヘッドでは、ノズル配列方向の両端側壁面に形成された流路抵抗体Ｈ１５００の外側凸部Ｈ１５０１と内側凸部Ｈ１５０２の各突出量の差分ΔＨが、ノズル配列方向の中央側から両端側に向かうに従って変化率が徐々に大きくなるように形成されている。
【００４３】
したがって、図５に示すように、本実施形態のインクジェット記録ヘッドでは、差分ΔＨがノズル配列方向の位置座標に対して２次曲線で近似されているが、ｎ次曲線（ただし、ｎは１以上の整数）で近似されてもよいことは勿論であり、吐出動作の周波数に応じて、吐出方向のずれを相殺するように実験的に最適化すれば更に良い。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施形態のインクジェット記録ヘッドの第１の記録素子基板を示す斜視図である。
【図２】前記インクジェット記録ヘッドの第２の記録素子基板を示す斜視図である。
【図３】前記インクジェット記録ヘッドの要部を示す平面図である。
【図４】凸部の各突出量の差分とノズル配列方向の位置との関係を示す図である。
【図５】他の実施形態のインクジェット記録ヘッドにおける凸部の各突出量の差分とノズル配列方向の位置との関係を説明するための図である。
【図６】従来のインクジェット記録ヘッドのインク流路の要部を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
【００４５】
Ｈ１１００  第１の記録素子基板
Ｈ１１０１  第２の記録素子基板
Ｈ１１０２  インク供給口
Ｈ１１０３  電気熱変換素子
Ｈ１１０６  隔壁
Ｈ１１０７  吐出口
Ｈ１１０８  吐出口群
Ｈ１２０１  インク流路
Ｈ１５００  流路抵抗体
Ｈ１５０１  外側凸部
Ｈ１５０２  内側凸部
【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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