(57)【要約】【課題】  更なる高画質化、高速化の要求に対し、微少量のインク液滴においても、ノズルの水分供給を効率的に補い、放置発一不吐出現象のない、安定した吐出を実現したインクジェット記録ヘッドの実現。【解決手段】  ノズル列方向におけるインク流路の幅は圧力室の幅より小さく、インク流路の長さは圧力室のインク供給路方向における長さより長いノズル構成において、前記インク流路の最狭部のインク流路壁が直線上にないようにする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通液室から分岐している複数のインク流路に圧力室がそれぞれ接続され、前記圧力室に吐出口がそれぞれ連通し、前記圧力室内には電気熱変換素子がそれぞれ配設されており、前記共通液室から前記圧力室に供給されたインクを、前記電気熱変換素子の発熱により前記圧力室内に発生した気泡の圧力によって前記吐出口から吐出可能な複数のノズルを有するインクジェット記録ヘッドにおいて、
ノズル列方向における前記インク流路の幅は前記圧力室の幅より小さく、前記インク流路の長さは圧力室のインク供給路方向における長さより長く、前記インク流路の最狭部のインク流路壁が直線上にな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】
前記インク流路の最狭部の流路壁は、曲線で構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記録ヘッド。
【請求項３】
前記電気熱変換素子は、前記共通液室から少なくとも２つの異なった距離で配設され、千鳥に交互配置されていて、少なくとも前記共通液室から比較的長いノズルが請求項１に記載のノズル構成であることを特徴とする、インクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
前記インク流路の最狭部は、前記共通液室から比較的短いノズルの圧力室の少なくとも一部と隣接していることを特徴とする、請求項３に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
前記インク流路の最狭部の流路壁は、前記共通液室から比較的短いノズルの吐出口の同心円上の円弧状になっていることを特徴とする、請求項３に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
前記電気熱変換素子は長方形で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記録ヘッド。
【請求項７】
前記電気熱変換素子は長辺は短辺の２倍以上の長さとしたことを特徴とする、請求項６に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項８】
前記吐出口の重心は前記電気熱変換素子の重心より圧力室奥側へオフセットして配置されていることを特徴とする、請求項６に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項９】
前記電気熱変換素子の重心は前記圧力室の重心より圧力室奥側へオフセットして配置されていることを特徴とする、請求項６に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１０】
前記吐出口の直径は、１５μｍ以下で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記録ヘッド。
【請求項１１】
前記吐出口から噴射される吐出液滴量体積は、４ｐｌ未満で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記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット方式に従ってインクを吐出して記録媒体に記録を行うインクジェットヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示されたインクジェット記録方法および記録ヘッドがある。この種の記録方法では、中間の階調を表現するのに、一定サイズの記録ドットにより単位面積当たりの記録ドット数を制御するドット密度制御法がある。その制御手段として、インク滴のサイズの異なったノズルを設け、画像の明部から中間部分は小さいインク滴で記録ドットを形成し、中間調部分から暗部までは大きいインク滴で記録ドットを形成するような記録方法が提案されている。
【０００３】
このようなインク滴のサイズの異なったノズルを設ける手法として、特許文献２にあるように、大液滴と小液滴のインク流路の断面積や流抵抗を変えて配置することが知れられている。
【０００４】
一方、高画質化の要求に対し、更なる小液滴化を目指したとき、液滴が小さいため、必要な吐出量を打ち込むことができなくなる。そのために、小液滴化に伴いノズル列解像度を上げる必要があるが、これにも限界がある。一般に小液滴化すると効率が低下するのは周知の事実であり、あるところで、ノズル解像度に対するヒータサイズの比率が非常に大きくなり、ヒータに配線を通すことが困難になり、最後にはヒータが一列に並ばなくなる。これはヒータに限らず、インクを供給する流路についても同様である。
【０００５】
そのため、特許文献３に示すようなヒータを交互に千鳥状に並べ、ドット径の異なる複数の吐出口を千鳥に配置した発明も開示されている。
【０００６】
また、特許文献４に示すようなヒータを交互に千鳥状に並べ、流路の流抵抗を工夫した発明も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平４−１０９４１号公報
【特許文献２】特開２００３−３１１９６４号公報
【特許文献３】特開２００５−１３７９号公報
【特許文献４】特開２００６−３１５３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
更なる小液滴化を目指したとき、吐出液滴の安定化のため、インク流路を長くし後方への気泡成長を抑制するといった構成が知られている。また特許文献３または特許文献４にあるようにヒータを交互に千鳥状に並べることが一般に知られている。このような構成の場合、圧力室の長さより長いインク流路でかつ圧力室幅より狭いインク流路構成となる。
【０００９】
しかしながら、このような構成には問題があり、その一つに放置発一不吐出現象がある。次にその原理を説明する。
【００１０】
個々のノズルにおいて、吐出口は大気にさらされているため、吐出を行っていない間でも吐出口から水分が蒸発し、その分を補給するために、供給路を通じて水分が補給される。水分供給が十分間に合わないとノズル先端部の溶剤や染料の濃度が上昇したり、液体の粘度が上昇することで、ある一定時間放置されたとき吐出しなくなるといった問題（放置発一不吐出現象）が一般的に知られている。しかしながら、このような長いインク流路を有するノズルは水分供給が著しく低く、放置発一不吐出が多発することがあった。特に小液滴化に伴って吐出口が小さくなると、水分蒸発速度が上昇してしまい、このような問題が顕在化している。
【００１１】
この対策としては、長ノズルの供給路の幅を広げるなどして断面積を広げる方法がある。しかし、前述のように小液滴化を目指したとき、吐出液滴の安定化のため、インク流路を長くし後方への気泡成長を抑制する効果が薄れてしまい、メニスカス振動が増大するといった弊害がある。また、ヒータを交互に千鳥状に並べた場合は、供給路の幅を広げるスペース自体がほとんどなく、このような構成ではインク流路幅には限界がある。
【００１２】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、前記インク流路の再狭部のインク流路壁が直線上になく、再狭部の流路壁は、曲線とする構成にする。これによりノズルの水分供給を効率的に補い、放置発一不吐出現象のない、安定した吐出を実現したインクジェット記録ヘッドを提供することにある。また、本発明の更なる目的は、更なる小液滴ノズル列を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、共通液室から分岐している複数のインク流路に圧力室がそれぞれ接続され、前記圧力室に吐出口がそれぞれ連通し、前記圧力室内には電気熱変換素子がそれぞれ配設されており、前記共通液室から前記圧力室に供給されたインクを、前記電気熱変換素子の発熱により前記圧力室内に発生した気泡の圧力によって前記吐出口から吐出可能な複数のノズルを有するインクジェット記録ヘッドにおいて、
ノズル列方向における前記インク流路の幅は前記圧力室の幅より小さく、前記インク流路の長さは圧力室のインク供給路方向における長さより長く、前記インク流路の最狭部のインク流路壁が直線上にないことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により更なる高画質化、高解像度化に際して、前記インク流路の最狭部のインク流路壁が直線上にない構成とすることでノズルの水分供給を効率的に補い、放置発一不吐出現象のない、安定した吐出を実現できる。また、本発明の更なる目的は、更なる小液滴ノズル列を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施例におけるノズルの模式図及びその断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例におけるノズルの模式図及びその断面図である。
【図３】本発明の第３の実施例におけるノズルの模式図及びその断面図である。
【図４】本発明の第４の実施例におけるノズルの模式図及びその断面図である。
【図５】本発明の第５の実施例におけるノズルの模式図及びその断面図である。
【図６】従来のノズルの模式図及びその断面図である。
【図７】本発明に好適なインクジェット記録ヘッドの実施の形態を一部切り欠いて見た斜視図である。
【図８】本発明に用いるインクジェットプリンタの図である。
【図９】本発明の実施例におけるインクジェットプリンタのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下添付図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１７】
＜装置本体の概略説明＞
図８は、本発明の代表的な実施の形態であるインクジェットプリンタＩＪＲＡの構成の概要を示す外観斜視図である。図８において、キャリッジＨＣには、記録ヘッドＩＪＨとインクタンクＩＴとを内蔵した一体型インクジェットカートリッジＩＪＣが搭載されている。キャリッジＨＣは、ガイドレール５００３に支持されて紙面上を矢印ａ，ｂ方向を往復移動し印刷を行う。５０１６は記録ヘッドＩＪＨの前面をキャップするキャップ部材５０２２を支持する部材で、５０１５はこのキャップ内を吸引する吸引器で、キャップ内開口５０２３を介して記録ヘッドの吸引回復を行う。
【００１８】
＜制御構成の説明＞
次に、上述した装置の記録制御を実行するための制御構成について説明する。
【００１９】
図９はインクジェットプリンタＩＪＲＡの制御回路の構成を示すブロック図である。上記制御構成の動作を説明すると、インタフェース１７００に記録信号が入るとゲートアレイ１７０４とＭＰＵ１７０１との間で記録信号がプリント用の記録データに変換される。そして、モータドライバ１７０６、１７０７が駆動されると共に、ヘッドドライバ１７０５に送られた記録データに従って記録ヘッドＩＪＨが駆動され、記録が行われる。
【００２０】
次に本発明におけるインクジェット記録ヘッドＩＪＨについて説明する。
【００２１】
本発明のインクジェット記録ヘッドは、液体のインクを吐出するために利用されるエネルギーとして熱エネルギーを発生する手段を備え、その熱エネルギーによってインクの状態変化を生起させる方式が採用された記録ヘッドである。この方式が用いられることにより、記録される文字や画像等の高密度化および高精細化を達成している。特に本実施形態では、熱エネルギーを発生する手段として電気熱変換素子を用い、この電気熱変換素子によりインクを加熱して膜沸騰させたときに発生する気泡による圧力を利用してインクを吐出している。
【００２２】
まず、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの全体構成について述べる。
図７は、本発明に好適なインクジェット記録ヘッドの実施の形態を一部切り欠いて見た斜視図である。電気熱変換素子である複数の電気熱変換素子（ヒータ）４００が設けられた素子基板１１０と、この素子基板１１０の主面に積層されて接合されて複数のインクの流路を構成する流路形成部材１１１とを備えている。
【００２３】
素子基板１１０は、例えば、ガラス、セラミックス、樹脂、金属等によって形成されており、一般にＳｉによって形成されている。素子基板１１０の主面上には、各インクの流路毎に、ヒータ４００と、このヒータ４００に電圧を印加する電極（図示せず）と、この電極に接続された配線（図示せず）が所定の配線パターンでそれぞれ設けられている。また、素子基板１１０の主面には、蓄熱の発散性を向上させる絶縁膜（図示せず）が、ヒータ４００を被覆するように設けられている。また、素子基板１１０の主面には、気泡が消泡した際に生じるキャビテーションから保護するための保護膜（図示せず）が、絶縁膜を被覆するように設けられている。
【００２４】
流路形成部材１１１は、図７に示したように、インクが流動する複数のインク流路（ノズル）３００と、これら各ノズル３００にインクを供給するインク供給口（供給室）５００を有する。またインク滴を吐出するノズル３００の先端開口である複数の吐出口１００を有している。吐出口１００は、素子基板１１０上のヒータ４００に対向する位置に形成されている。
【００２５】
このインクジェット記録ヘッドは素子基板上に複数のヒータ４００および複数のノズル３００を有する。各ノズル３００の長手方向が平行に配列された第１のノズル列と、供給室５００を挟んで第１のノズル列７に対向する位置に各ノズル３００の長手方向が平行に配列された第２のノズル列とを備えている。第１および第２のノズル列は、隣接する各ノズルの間隔が６００ｄｐｉピッチまたは１２００ｄｐｉに形成されている。また、第２のノズル列の各ノズル３００は、第１のノズル列の各ノズル３００に対して、ドット配置の理由から必要に応じて、隣接する各ノズル間のピッチが互いにずれて配列されている。
【００２６】
このような記録ヘッドは、特開平４−１０９４０号公報、特開平４−１０９４１号公報に開示されたインクジェット記録方法が適用されたインク吐出手段を有しており、インクの吐出時に発生する気泡が吐出口を介して外気に連通されているものもある。
【００２７】
以下に、本発明の主要部となるインクジェット記録ヘッドのノズル構造について種々の形態例を挙げて説明する。
【実施例１】
【００２８】
図１は本発明の第１の実施形態によるインクジェット記録ヘッドのノズル構造を示している。同図（ａ）はインクジェット記録ヘッドの複数のノズルのうちの１つを基板に対して垂直な方向から見た平面透視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。
【００２９】
インク供給路３００は、一端が圧力室２００に連通されるとともに他端がインク供給口５００に連通されている。本件における圧力室２００とインク供給路３００の境界は、ノズル列方向の幅が急激に変化しているところと定義しており、ノズル列方向の幅が広くなっているところからが圧力室となる。図１において、本実施例では請求項にもあるようにヒータ４００と吐出口１００が圧力室内に配置され、吐出口１００からインク液滴が飛翔される吐出方向と、供給路内を流動するインク液の流動方向とが直交されて形成されている。図１において、本実施例における寸法は、また、ヒータ４００は１８μｍ×１８μｍの正方形である。吐出口１００は直径９μｍの円であり、厚みは１１μｍとなっており吐出量は約１〜２ｐｌである。請求項１にあるように、インク流路３００の幅は１４μｍで圧力室２００の幅２２．６μｍより小さく、インク流路の長さ６７μｍは圧力室の長さ２３μｍより長い構成となっている。また、本発明の特徴でもあるインク流路の再狭部３０２のインク流路幅は９μｍである。請求項２にあるようにインク流路の最狭部の流路壁は、曲線で構成されている。
【００３０】
このように最狭部が一部でも存在する場合、後方へのヒータで発生した気泡の成長が後方へ逃げる圧力を抑制し、吐出が安定する効果は維持される。一方、ある一定時間放置されたとき吐出しなくなるといった問題（放置発一不吐出現象）は、インク流路の液体が従来に比べ格段に多くなるため大幅に良化するのである。また流路壁形状を曲線とすることによって、リフィルの向上効果も有する。
【実施例２】
【００３１】
図２は本発明の第２の実施形態によるインクジェット記録ヘッドのノズル構造を示している。同図（ａ）はインクジェット記録ヘッドの複数のノズルのうちの１つを基板に対して垂直な方向から見た平面透視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。
【００３２】
実施例１と異なる点は、請求項６にあるように、ヒータ４００は１０μｍ×２８μｍの長方形であり、請求項７にあるように長辺は短辺の２倍以上となっている。また請求項８、９にあるように吐出口中心はヒータ中心からオフセットしており、ヒータ中心は圧力室中心からオフセットされた構成となっている。
【００３３】
ヒータを長方形とすることでヒータ抵抗値が大きくなり省エネ効果を有するだけでなくヒータ幅をインク流路幅に近づけることで吐出安定させる効果もある。請求項８の効果としては、気泡が圧力室２００の奥側に泡溜りとして残留しにくくなり、より本発明の効果を上げる構成となっている。請求項９の効果としては、気泡がインク流路３００の狭くなっている箇所に干渉することがなくなるため、ヒータ４００と流路形成部材１１１がずれて配置された場合、非対称な気泡になりにくいため、より本発明の効果を上げることができる構成となっている。
【実施例３】
【００３４】
図３は本発明の第３の実施形態によるインクジェット記録ヘッドのノズル構造を示している。同図（ａ）はインクジェット記録ヘッドの複数のノズルのうちの１つを基板に対して垂直な方向から見た平面透視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。
【００３５】
実施例２と異なる点は、本発明の特徴でもあるインク流路の再狭部３０２の流路壁を鈍角上に屈曲した構成となっている。またインク流路の再狭部３０２のインク流路幅は７μｍとなってさらに吐出効率を上げたい場合に有効である。
【実施例４】
【００３６】
図４は本発明の第４の実施形態によるインクジェット記録ヘッドのノズル構造を示している。同図（ａ）はインクジェット記録ヘッドの複数のノズルのうちの１つを基板に対して垂直な方向から見た平面透視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。
【００３７】
実施例２と異なる点は、請求項２にあるように、２つの異なったヒータが千鳥に交互配置されており、長ノズルに実施例１の構成を適用した構成となっている点である。ノズル列方向のノズルピッチは長いノズルと短いノズルがそれぞれ４２．３μｍ（６００ｄｐｉ）であり長短ノズルを合わせることで１２００ｄｐｉのノズル解像度を実現している。ヒータ４００は長ノズルは１０×２８．２μｍの長方形、本件の特徴を実施している短ノズルは１２μｍ×２８μｍの長方形で請求項７にあるように長辺は短辺の２倍以上である。
【００３８】
本実施例の場合、高密度にノズルを配置したため、短ノズルの圧力室と長ノズルのインク流路がノズル列方向に隣接しスペースをしのぎあっており、仕切り壁幅が狭くなってしまう構成となっている。仕切り壁が薄くなるほどノズル形成部材と基板の密着性が低くなるため、ノズル形成部材が基板から剥れるといった弊害がある。そのため本実施例では請求項４にあるように、長ノズルのインク流路の最狭部が短ノズルの圧力室と隣接し、できるだけ仕切り壁を確保する構成となっている。
【実施例５】
【００３９】
図５は本発明の第５の実施形態によるインクジェット記録ヘッドのノズル構造を示している。同図（ａ）はインクジェット記録ヘッドの複数のノズルのうちの１つを基板に対して垂直な方向から見た平面透視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。
【００４０】
実施例４と異なる点は、請求項５にあるように、長ノズルのインク流路最狭部の流路壁は、短ノズルの吐出口の同心円上の円弧状になっている点である。
【００４１】
本構成においては、短ノズルの圧力室を最低限小さくするため、吐出口部のみを大きくし、短ノズル圧力室と長ノズルインク流路との仕切り壁を最低限確保して長ノズルのインク流路を最大限確保し、スペース効率を最大限生かした構成となっている。
【符号の説明】
【００４２】
１００  吐出口
１１０  素子基板
１１１  流路形成部材
１１２  供給液室
１５０  インク供給部材
２００  発泡室（圧力室）
３００  インク流路
３０１  ノズルフィルタ
４００  記録素子（ヒータ）
５００  インク供給口
【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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