(57)【要約】【課題】液滴吐出ヘッドにおいて、小液滴においても液滴の吐出速度を上げ、また吐出間隔が長くなっても吐出することが可能で、さらに大液滴と小液滴との着弾位置ずれを抑制する。【解決手段】液滴吐出ヘッドの液流路４内に形成される吐出口は、基板３に設けた第１のヒータ１と対応する第１の吐出口形成壁７の絞り部７ａによって形成された第１の吐出口５と、第１の吐出口形成壁７を取り囲むように設けられた第２のヒータ２と対応する第２の吐出口形成壁８の絞り部によって形成された第２の吐出口６とからなる。第１、第２の吐出口５，６は、インク内に存在し、吐出口プレート１１の開口部の略同一位置にあるので、不吐出になるようなことを防止し、着弾位置ずれを抑制する。【選択図】図２
2005193446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ液滴を吐出するための複数の吐出エネルギー発生素子を設けた基板と、前記複数の吐出エネルギー発生素子に対応する吐出口と、該吐出口にそれぞれ連通する液体流路と、該液体流路を囲む液体流路壁と、前記液体流路に液体を供給する共通液室と、前記複数の吐出エネルギー発生素子毎にその上方に前記液体流路の一部を囲む吐出口形成壁と、液体と大気とが接する界面を保持する開口部を設けた吐出口プレートからなり、前記吐出口は前記吐出口形成壁の一部に設けた絞り部によって形成されて、前記液滴と同一成分からなる液体中に設けられ、前記液体流路から前記吐出口を介して前記開口部から液滴を吐出する液滴吐出ヘッドであって、前記吐出口は、前記開口部の中央に配置した第１の吐出エネルギー発生素子と対を成す第１の吐出口形成壁によって形成された第１の吐出口と、該第１の吐出口形成壁を取り囲む第２の吐出エネルギー発生素子と対を成す第２の吐出口形成壁によって形成された第２の吐出口とからなることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記第２の吐出口中心は前記吐出口プレートに設けられた開口部中心と略同一位置であることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記第１、第２の吐出口形成壁の一部に設けた絞り部の高さは、前記第１、第２の吐出口形成壁の高さの１／２以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記第１、第２のエネルギー発生素子は、ヒータであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記ヒータの熱によって前記液体が気化した気泡を、前記絞り部に接触させることを特徴とする請求項４に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
インク滴を吐出するインクジェットヘッドと該インクジェットヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したヘッドカートリッジにおいて、前記インクジェットヘッドは請求項１〜５いずれかに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするヘッドカートリッジ。
【請求項７】
インク滴を吐出するインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置において、前記インクジェットヘッドは請求項１〜５いずれかに記載の液滴吐出ヘッドまたは請求項６記載のヘッドカートリッジであることを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッド、該液滴吐出ヘッドを用いたヘッドカートリッジ及び記録装置に関し、さらに詳しくは、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の被記録媒体に対して、例えばインク等の機能性液体を吐出させることにより、文字、記号、画像等の記録、印刷等を行う液滴吐出ヘッド、該液滴吐出ヘッドを搭載したヘッドカートリッジ、液滴吐出装置、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサ等の装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業用記録装置に適用できる記録ヘッド及びその応用装置や、医療分野において液状薬剤を霧状として肺吸入させる際に使用される吸入装置、液体を微小液滴にして液体を塗布する、特に立体物へ液体の塗布するのに有効な塗布装置等に好適に用いられる液体吐出ヘッド、該液滴吐出ヘッドを用いたヘッドカートリッジ及び記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日使用されている液滴吐出装置の一つであるインクジェット記録装置の記録品位に対する要求は高まっており、今後は益々高画質、高解像度、高速等の様々な印字性能が求められ、これらのために多階調性が必要となっている。
【０００３】
液滴吐出装置としては、例えば、発熱体からの熱エネルギーを利用してインクを吐出する液体吐出ヘッドを用いて画像を記録する装置がある。従来、このような液体吐出ヘッドには、例えばインクを吐出させるための発泡用の発熱体が搭載されている基板の周辺にインク流路、インク吐出口を有する吐出口プレートを載せて構成する液体吐出ヘッドが提案されている。
【０００４】
特許文献１には、発熱体からの熱エネルギーを利用してインクを吐出する液体吐出ヘッドが提案されており、この液体吐出ヘッドにおいては、吐出口の面積が吐出エネルギー発生部の面積より小さく、吐出口は液体流路中に設けられ、液体と大気が接する界面を保持する開口部を備え、この開口部の面積は吐出口の面積より大きく形成することによって、２種類の口径を有する吐出口として多階調性を持たせるようにしている。
また、特許文献４に開示された液体噴射記録ヘッドは、熱エネルギー作用部を独立に駆動可能で、かつ吐出口からほぼ等距離の所に配置した２つの発熱体で構成し、一方の発熱体の発熱能力を他方の発熱体の発熱能力の１倍より大きく２倍より小さくすることによって、多階調記録を行うようにしている。
【０００５】
このような液体吐出ヘッドでは、高解像度化のために、小液滴化をしていくときに、発泡用の発熱体の面積を小さくして発泡エネルギーを小さくし、それとともに吐出口の面積を小さくして、所望の吐出量、吐出スピードを得るようにしている。ところが、吐出口を小さくすると、吐出を続けているときは良いが、一つの吐出口からの吐出の間隔が長くなると、吐出口でのインクと大気との界面部分のインク粘度が上がり、しいては吐出できなくなり不吐出になるという問題がある。また、小液滴化の時には、液滴が小さいために、さらに高速化をして多くの液滴を吐出しなければならないが、消泡する時に、吐出口でのインクと大気との界面部分から空気を引き込むために、界面部分が安定するのに時間がかかり、繰り返し吐出周波数を高くすることが難しいという問題がある。
【０００６】
特許文献２、３に開示された液体吐出ヘッドは、特許文献１に開示された液体吐出ヘッドが有する問題点を解決しようとするものであるが、特許文献２、３に開示された液体吐出ヘッドは、吐出開始前は吐出口プレートの開口部においてメニスカスが形成され、吐出口が液中に位置する状態である。そして、液吐出のために発熱素子を駆動すると、気泡が発生し、成長し、それに伴い液体は少なくとも吐出口側に移動する。このとき、液体は吐出口側への移動に際して、吐出口を通過する。その結果、吐出口を通過した後の液体の移動速度がその通過前より格段と速くなり、さらに、開口部までの液体の移動において、吐出口に対応する流速が相対的に速くなる。したがって、開口部におけるメニスカスの、吐出口に相対する中央部が盛り上がって、液滴が吐出される。すなわち、開口部の液体の全体的な吐出にならないので、大きな開口部を有していても、吐出口に応じた大きさの液滴を吐出することが可能である。多階調性を持たせるために特許文献２、３に開示された液体吐出ヘッドでは２つの発熱素子を並べて、その発熱素子を取り囲むように、吐出口の機能を持つ隔壁を設けている。小液滴はどちらか一方に発熱素子を駆動し吐出させている。大液滴は２つの発熱素子を同時に駆動し、吐出口を出たところで、マージさせ吐出させている。そのため、小液滴と大液滴とが開口部から飛び出す位置がずれてしまうという問題が生じる。記録装置では、小液滴と大液滴との飛び出す位置がずれてしまうと液滴の着弾位置がずれてしまうため、記録品質を劣化させるという問題が生じた。
【特許文献１】特開２００３−１２７４３９号公報
【特許文献２】特開２００２−１４４５７９号公報
【特許文献３】特開２００２−２７３８８３号公報
【特許文献４】特開２０００−０４３２６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、液体吐出ヘッドがますます、多ノズル化，高速化，小液滴化する中で、小液滴においても、また吐出の間隔が長くなっても吐出することが可能で、液滴の吐出速度を上げることができ、さらに繰り返し吐出周波数を非常に高くすることができ、大液滴と小液滴とを１つの開口部から吐出することができ、大液滴と小液滴との着弾位置ずれを抑制することのできる液滴吐出ヘッドを提供することである。さらには、この液滴吐出ヘッドを用ることにより、記録品質の高い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である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであって、請求項１の発明は、それぞれ液滴を吐出するための複数の吐出エネルギー発生素子を設けた基板と、前記複数の吐出エネルギー発生素子に対応する吐出口と、該吐出口にそれぞれ連通する液体流路と、該液体流路を囲む液体流路壁と、前記液体流路に液体を供給する共通液室と、前記複数の吐出エネルギー発生素子毎にその上方に前記液体流路の一部を囲む吐出口形成壁と、液体と大気とが接する界面を保持する開口部を設けた吐出口プレートからなり、前記吐出口は前記吐出口形成壁の一部に設けた絞り部によって形成されて、前記液滴と同一成分からなる液体中に設けられ、前記液体流路から前記吐出口を介して前記開口部から液滴を吐出する液滴吐出ヘッドであって、前記吐出口は、前記開口部の中央に配置した第１の吐出エネルギー発生素子と対を成す第１の吐出口形成壁によって形成された第１の吐出口と、該第１の吐出口形成壁を取り囲む第２の吐出エネルギー発生素子と対を成す第２の吐出口形成壁によって形成された第２の吐出口とからなることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第２の吐出口中心は前記吐出口プレートに設けられた開口部中心と略同一位置であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第１、第２の吐出口形成壁の一部に設けた絞り部の高さは、前記第１、第２の吐出口形成壁の高さの１／２以下であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第１、第２のエネルギー発生素子は、ヒータであることを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項４に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記ヒータの熱によって前記液体が気化した気泡を、前記絞り部に接触させることを特徴とする。
【００１３】
請求項６の発明は、インク滴を吐出するインクジェットヘッドと該インクジェットヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したヘッドカートリッジにおいて、前記インクジェットヘッドは請求項１〜５いずれかに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする。
【００１４】
請求項７の発明は、インク滴を吐出するインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置において、前記インクジェットヘッドは請求項１〜５いずれかに記載の液滴吐出ヘッドまたは請求項６記載のヘッドカートリッジであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明は、第１、第２の吐出口形成壁の一部を絞って第１、第２の吐出口を形成していることで、第１、第２の吐出口形成壁で囲まれた空間の面積より第１、第２の吐出口の面積を急激に小さくすることにより、吐出エネルギーが第１、第２の吐出口の中心により集中するため、吐出速度が速くて直進性に優れた液滴を吐出できる。さらに、液体内に少なくとも２つの吐出口を有し、それら吐出口の中心が略同一位置にあるので、インクと大気との界面部分のインク粘度が上がり、しいては吐出ができなくなり不吐出になるようなことを防止し、異なる吐出口から飛び出すそれぞれの液滴の飛翔軌跡を合わせることができ、着弾位置ずれを抑制することができる。
【００１６】
請求項２の発明は、第１、第２の吐出口中心は液体のメニスカス面を保持している開口部の中心と略同一位置であるので、液面と吐出方向が略垂直になり、吐出方向を安定に保つことができ、着弾位置ばらつきを抑制することができる。
【００１７】
請求項３の発明は、第１、第２の吐出口形成壁の一部に設けた絞り部の高さを第１、第２の吐出口形成壁の高さの１／２以下としているので、第１、第２の発熱体で発生した気泡の圧力が効率良く第１、第２の吐出口へ伝わり、液滴の吐出効率が上がる。
【００１８】
請求項４の発明は、エネルギー発生素子にヒータを用い、熱エネルギーによる膜沸騰により生じる気泡の圧力を利用して、吐出口より液体を吐出するので、押し出される液体の体積である排除体積が大きく、絞られた吐出口から液体を押し出すことを容易に行うことができる。
【００１９】
請求項５の発明は、ヒータの熱によって液体が気化した気泡を、絞り部に接触させるので、気泡の力によって容易に絞り部の吐出口から効率良く液体を押し出すことができる。
【００２０】
請求項６の発明は、インク滴を吐出するインクジェットヘッドとこのインクジェットヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したヘッドカートリッジに請求項１〜５の液体吐出ヘッドを適用したので、階調表現できる高画質印字が可能なヘッドカートリッジが実現可能である。
【００２１】
請求項７の発明は、インクジェットヘッドが請求項１〜５のいずれかに記載の液体吐出ヘッドあるいは請求項６のヘッドカートリッジであるので、粒状性の少ない階調性のよい画像が得られ、記録品質の高いインクジェット記録装置が実現可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、今日多ノズル化，高速化，小液滴化する液体吐出ヘッドにおいて、吐出する液滴をより小液滴とし、また吐出の間隔が長くなっても吐出することが可能で、液滴の吐出速度を上げることができ、さらに繰り返し吐出周波数を高くすることができ、大液滴と小液滴とを１つの開口部から吐出することができ、その際大液滴と小液滴との着弾位置ずれを抑制することのできる液滴吐出ヘッドを提供するもので、そのための構成は、それぞれ液滴を吐出するための複数の吐出エネルギー発生素子を設けた基板と、前記複数の吐出エネルギー発生素子に対応する吐出口と、該吐出口にそれぞれ連通する液体流路と、該液体流路を囲む液体流路壁と、前記液体流路に液体を供給する共通液室と、前記複数の吐出エネルギー発生素子毎にその上方に前記液体流路の一部を囲む吐出口形成壁と、液体と大気とが接する界面を保持する開口部を設けた吐出口プレートからなり、前記吐出口は前記吐出口形成壁の一部に設けた絞り部によって形成されて、前記液滴と同一成分からなる液体中に設けられ、前記液体流路から前記吐出口を介して前記開口部から液滴を吐出する液滴吐出ヘッドであって、前記吐出口は、前記開口部の中央に配置した第１の吐出エネルギー発生素子と対を成す第１の吐出口形成壁によって形成された第１の吐出口と、該第１の吐出口形成壁を取り囲む第２の吐出エネルギー発生素子と対を成す第２の吐出口形成壁によって形成された第２の吐出口とからなることを特徴とするものである。
【実施例１】
【００２３】
以下、本発明の実施例１の液体吐出ヘッドについて説明する。
図１は、本発明の実施例１における液体吐出ヘッドの主要部を示す平面図、図２は、図１のＸ−Ｙ断面図である。
実施例１の液体吐出ヘッドは、液体を吐出するためのエネルギー発生素子である第１のヒータ１、第２のヒータ２が基板３上に設けられている。第１、第２のヒータ１，２は、液流路４に対応して配置されている。基板３は、実施例１の液体吐出ヘッドでは面方位＜１００＞のシリコン単結晶で形成され、その上面には第１、第２のヒータ１，２、この第１、第２のヒータ１，２を駆動するための駆動トランジスタ等からなる駆動回路、配線板と接続するためのコンタクトパッド、駆動回路とコンタクトパッドとを接続する配線等が半導体プロセスを用いて形成されているが、図１、図２では本発明に関わる主要部のみを示している。
【００２４】
実施例１の液体吐出ヘッドは、図１、図２に示すように、第１の吐出エネルギー発生部である第１のヒータ１の面積より小さい面積の第１の吐出口５が開口した第１の吐出口形成壁７により囲まれ、その第１の吐出口形成壁７を取り囲むように、第２の吐出エネルギー発生部である第２のヒータ２が取り巻き、第２のヒータ２の外周より小さな外周からなる第２の吐出口６が開口した第２の吐出口形成壁８を搭載したものであり、液流路４、共通液室１０、液流路４を形成するための液体流路壁９、及び液体と大気とが接する界面１２を保持または形成する開口部を成す吐出口プレート１１を備えている。
【００２５】
液流路４の中には、第１、第２の吐出口５，６が第１、第２の吐出エネルギ発生部の上方に設けられている。第１、第２の吐出口形成壁７，８は、第１、第２のヒータ１，２から第１、第２の吐出口５，６までの空間を囲んでおり、この第１、第２の吐出口形成壁７，８によって、第１、第２のヒータ１，２の外周よりも小さな第１、第２の吐出口５，６が形成されている。そして、隣接する液流路４同士は、液体流路壁９で仕切られている。
【００２６】
図２に示すように、第１、第２の吐出口形成壁７，８の内壁は、第１、第２のヒータ１，２の表面から第１、第２の吐出口５，６までの空間を囲んでおり、第１、第２の吐出口形成壁７，８の内壁の下方部が、第１、第２の吐出口５，６方向ですぼまる断面形状がＴ型形状をしている。
【００２７】
これにより、液流路４の中の、第１、第２のヒータ１，２の上方に、第１、第２のヒータ１，２の表面から第１、第２の吐出口５，６までの空間を囲む第１、第２の吐出口形成壁７，８が位置し、つまり第１のヒータ１の面積より小さい面積の第１の吐出口５が開口した第１の吐出口形成壁７により囲まれ、その第１の吐出口形成壁７を取り囲むように第２のヒータ２が取り巻き、第２のヒータ２の外周直より小さい外周からなる第２の吐出口６が開口した第２の吐出口形成壁８が形成されている。また、液体と大気とが接する界面１２いわゆるメニスカスを保持する吐出口プレート１１の開口は、第２の吐出口形成壁８からなる第２の吐出口６より外側に位置している。
【００２８】
図３は、図１に示す実施例１の液体吐出ヘッドの変形例を示す平面図で、図４は、図３のＸ−Ｙ断面図である。ここで、実施例１の液体吐出ヘッドにおける第１，第２の吐出口５，６の形状は、丸型の例を説明したが、四角形、星形でも多角形でも形状にはこだわらず、特性上、構造上あるいは製造上、最適な形状を選択すればよい。図３、図４に示す液体吐出ヘッドは、第１、第２の吐出口５，６の形状を四角形にした例で、構成は基本的に丸型と同様であるから、詳細な説明は省略する。
【００２９】
第１、第２の吐出口５，６は液体中にあり、メニスカスとの距離を２μｍから２０μｍの範囲内に設定することが好ましい。この理由は、２μｍより小さいと第１、第２の吐出口５，６とメニスカスが接触してしまって吐出不安定になり、また２０μｍより大きいと、所望の吐出速度が得られないためである。
【００３０】
第１、第２の吐出口５，６が液中に位置するように吐出口プレート１１に開口する凹部内に液体が溜まっているため、第１、第２の吐出口５，６内の液体が乾燥によって目詰まりを起こすことがなく、吐出開始から良好な液滴を吐出することができる。また、吐出口プレート１１に開口する凹部内の液体の全体的な吐出にならないので、１ｐｌ以下の極微小の液滴を吐出することも可能である。
【００３１】
図５は、第１の吐出口形成壁の断面を示す模式的断面図である。
Ｔ型の第１の吐出口形成壁７は下部がくびれて形成されており、上部は第１の吐出口５をなす絞り部７ａから形成されている。
【００３２】
実施例１の液体吐出ヘッドでは第１の吐出口５をなす絞り部７ａの厚さを１μｍ、第１の吐出口形成壁７の高さを７μｍとした。絞り部７ａの厚さは第１の吐出口形成壁７の厚さの１／７であり、１／２以下を満たしているので液滴の吐出効率が向上する。
【００３３】
図６は、図５と異なる第１の吐出口形成壁の断面を示す模式的断面図である。
Ｔ型の第１の吐出口形成壁７における下部のくびれが曲線に形成されている。くびれが曲線に形成されているので、吐出エネルギー発生部で発生した気泡は第１の吐出口形成壁７から第１の吐出口５にかけてより接触し易い構造といえる。さらには、液体の流れもスムーズになり吐出特性の安定性が向上する。
【００３４】
第１の吐出口５をなす絞り部７ａの厚さは、比較的ヤング率の小さい樹脂材料では１〜１０μｍ、ヤング率が１００〜３００ＧＰａである比較的硬い材料、例えば、金属、シリコンあるいは金属酸化物、金属窒化物、シリコン酸化物、シリコン窒化物等では０.１〜７μｍが好適である。歩留り、生産性の点を考慮に入れると０.２〜１.５μｍがさらに好適である。絞り部７ａは単層だけではなく、積層でもよい。これらの無機材料膜は、スパッタ、プラズマＣＶＤ、蒸着等の成膜手段により容易に、制御性良く作成が可能である。また、絞り部７ａをなす部材と、第１の吐出口形成壁７が形成される部材を別の材料で形成することも可能である。このような構成とすることによって、絞り部７ａをスパッタ、プラズマＣＶＤ、蒸着等の薄膜成膜により厚さ精度よく作成できる。
【００３５】
また、第１の吐出口５はドライエッチ、ウェットエッチ、レーザ加工等の方法により、精度よく、均一に、生産性良く作成することが可能である。その上に３〜１０μｍと比較的厚く形成可能な樹脂等で吐出口プレート１１を形成することが可能である。樹脂に感光性樹脂を使い吐出口プレート１１を作成することも可能である。また、レーザ加工、マスキングしてエッチングすることによる吐出口プレート１１の形成も可能である。
【００３６】
次に、実施例１の液体吐出ヘッドの吐出動作を説明する。
図７は、図１、図２に示す液体吐出ヘッドを駆動させたときの、液体吐出の様子を示す図で、小液滴を吐出する動作である。
吐出開始前は図７（Ａ）に示すように、吐出口プレート１１において界面１２にメニスカスが形成され、第１、第２の吐出口５，６が液中に位置する状態である。そして、液吐出のために吐出エネルギ発生部である第１のヒータ１に電圧を印加すると、図７（Ｂ）に示すように第１のヒータ１が発熱し、第１のヒータ１表面と接する液流路４の液体が加熱され、その液体に膜沸騰に伴う気泡１４が発生する。
【００３７】
膜沸騰に伴う気泡１４が発生すると、その気泡１４の体積は急峻に成長するため、それに伴い液体は第１の吐出口５側に移動する。したがって、吐出口プレート１１面におけるメニスカスの第１の吐出口５に相対する中央部が盛り上がってくる（図７（Ｃ））。
【００３８】
さらに気泡１４が成長すると、界面１２のメニスカスが尾を長く引いた形状に盛り上がる（図７（Ｄ））。このとき、液体は第１の吐出口５側への移動に際して、第１の吐出口５を通過後の液体の移動速度がその通過前より格段と速くなり、さらに第１の吐出口５から吐出口プレート１１までにおいても液流路４の液体の移動が相対的に速くなる。
【００３９】
第１のヒータ１に印加している電圧を遮断すると気泡１４は収縮し、それに伴い第１の吐出口５は第１の吐出口形成壁７の剛性あるいは液流路４内の負圧により下方へ変位する。第１の吐出口形成壁７の下方への変位によって、メニスカスの尾が分離され、液滴１５が形成される（図７（Ｅ））。気泡１４が消滅し初期状態に戻り、次の電圧が印加されるまで待機状態となる（図７（Ｆ））。
【００４０】
次に、このような形態の液体吐出ヘッドの大液滴を吐出する動作を説明する。
図８は、図１、図２に示す液体吐出ヘッドを駆動させたときの、液体吐出の様子を示す図で、大液滴を吐出する動作である。
吐出開始前は図８（Ａ）に示すように、吐出口プレート１１において界面１２にメニスカスが形成され、第１、第２の吐出口５，６が液中に位置する状態である。そして、液吐出のために吐出エネルギ発生部である第１、第２のヒータ１，２に電圧を印加すると、図８（Ｂ）に示すように第１、第２のヒータ１，２が発熱し、第１、第２のヒータ１，２表面と接する液流路４の液体が加熱され、その液体に膜沸騰に伴う気泡１４が発生する。
【００４１】
膜沸騰に伴う気泡１４が発生すると、その気泡１４の体積は急峻に成長するため、それに伴い液体は第１、第２の吐出口５，６側に移動する。したがって、吐出口プレート１１面におけるメニスカスの、第１、第２の吐出口５，６に相対する位置が盛り上がってくる。（図８（Ｃ））。
【００４２】
さらに気泡１４が成長すると、メニスカスが尾を長く引いた形状に盛り上がる（図８（Ｄ））。このとき、液体は第１、第２の吐出口５，６側への移動に際して、第１，第２の吐出口５，６を通過後の液体の移動速度がその通過前より格段と速くなり、さらに、第１、第２の吐出口５，６から吐出口プレート１１までにおいても液流路４の液体の移動が相対的に速くなる。
【００４３】
第１、第２のヒータ１，２に印加している電圧を遮断すると気泡１４は収縮し、それに伴い第１、第２の吐出口５，６は第１、第２の吐出口形成壁７，８の剛性あるいは液流路４内の負圧により下方へ変位する。第２の吐出口形成壁８の下方への変位によって、メニスカスの尾が分離され、液滴１５が形成される（図８（Ｅ））。気泡が消滅し初期状態に戻り、次の電圧が印加されるまで待機状態となる（図８（Ｆ））。
【００４４】
なお、本発明は、特にインクジェット記録方式の中でも、液体の吐出を行わせ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、前記熱エネルギーによりインクの状態変化を生起させる方式の液体吐出ヘッド、この液体吐出ヘッドを用いた液体吐出装置において優れた効果をもたらすものである。かかる方式によれば記録の高密度化，高精細化が達成できる。
【００４５】
また、エネルギー発生素子にヒータを用い、熱エネルギーによる膜沸騰により生じる気泡の圧力を利用して、吐出口より液体を吐出することで、押し出される液体の体積である排除体積が大きく、絞られた吐出口から液体を押し出すことを容易に行うことができる。さらには、ヒータの熱によって液体が気化した気泡を、絞り部に接触させることで、気泡の力によって容易に絞り部の吐出口から効率良く液体を送り出すことができる。
【実施例２】
【００４６】
図９は、本発明の実施例２のインクジェットヘッドにおいて複数の吐出口が配置されている面を示す平面図、図１０は、図９のＹ−Ｙ線断面図である。図中付番は実施例１の液体吐出ヘッドと同一にしてある。
本発明の実施例２のインクジェットヘッドは、実施例１の液体吐出ヘッドをインクジェットヘッドに用いた例である。実施例２のインクジェットヘッドでは、大滴用の吐出口列１８と、小滴／中滴用の吐出口列１９を備えている。大滴用の吐出口列１８の大滴用吐出口１７は１０μｍの径のものを用いており、小滴／中滴用の吐出口列１９のような液体中に第１、第２の吐出口５，６を設けていない。よって、従来のインクジェットヘッドの吐出口と同様のものであり、１２〜２０ｐｌ程度のインク滴を吐出する。
【００４７】
また、小滴／中滴用の吐出口列１９の断面は、図２に示す実施例１の液体吐出ヘッドと同様である。小滴／中滴用の吐出口列１９では０.０５〜１ｐｌの小インク滴と３〜８ｐｌ程度の中インク滴を吐出する。大滴用、中滴用と小滴用の３種類の吐出口を設けたことにより、文字、グラフィックや塗りつぶし領域等は大滴用吐出口、グラフィックや写真のハイライト部分は中滴用吐出と小滴用吐出というように使い分けることによって、粒状性の少ない高画質な画像を高速で印字することができる。小滴は１ｐｌ以下とすることによって、被記録媒体上で人間の目にはドットとして認識できない。その結果、画像の粒状性が感じられなく、良好な画像が得られる。
【００４８】
実施例２のインクジェットヘッドの説明では、ある色における吐出口配列を例としたが、各色毎に、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色に本構成の吐出口列を設けることによって、フルカラーの画像を得ることができる。
【実施例３】
【００４９】
図１１は、実施例３のヘッドカートリッジの外観を示す斜視図である。
実施例３のヘッドカートリッジ２１は、以上説明したいずれかの液体吐出ヘッド２２と、それに供給する液体を保持する液体容器を一体化または分離可能に保持する。極微小滴を吐出可能であるので、高画質印字が可能なヘッドカートリッジの実現が可能である。
【実施例４】
【００５０】
次に、本発明のヘッドカートリッジを搭載した実施例４のインクジェット記録装置について説明する。
図１２は、実施例４のインクジェット記録装置を示す斜視図、図１３は、同インクジェット記録装置の機構部を示す側断面図である。
実施例４のインクジェット記録装置は、記録装置本体３１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ４３、キャリッジ４３に搭載した本発明を実施した液体吐出ヘッドからなるインクジェットヘッド４４、インクジェットヘッド４４へインクを供給するインクカートリッジ４５等で構成される印字機構部３２等を収納し、装置本体３１の下方部には前方側から多数枚の用紙３３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）３４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙３３を手差しで給紙するための手差しトレイ３５を開倒することができ、給紙カセット３４或いは手差しトレイ３５から給送される用紙３３を取り込み、印字機構部３２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ３６に排紙する。
【００５１】
印字機構部３２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド４１と従ガイドロッド４２とでキャリッジ４３を主走査方向（図１３で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ４３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明に係るヘッドカートリッジ２１からなるインクジェットヘッド４４を複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。また、キャリッジ４３にはインクジェットヘッド４４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ４５を交換可能に装着している。
【００５２】
インクカートリッジ４５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッド４４へインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッド４４へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、インクジェットヘッド４４としてここでは各色のヘッドを用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
【００５３】
ここで、キャリッジ４３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド４１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド４２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ４３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ４７で回転駆動される駆動プーリ４８と従動プーリ４９との間にタイミングベルト５０を張装し、このタイミングベルト５０をキャリッジ４３に固定しており、主走査モータ４７の正逆回転によりキャリッジ４３が往復駆動される。
【００５４】
一方、給紙カセット３４にセットした用紙３３をインクジェットヘッド４４の下方側に搬送するために、給紙カセット３４から用紙３３を分離給装する給紙ローラ５１及びフリクションパッド５２と、用紙３３を案内するガイド部材５３と、給紙された用紙３３を反転させて搬送する搬送ローラ５４と、この搬送ローラ５４の周面に押し付けられる搬送コロ５５及び搬送ローラ５４からの用紙３３の送り出し角度を規定する先端コロ５６とを設けている。搬送ローラ５４は副走査モータ５７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００５５】
そして、キャリッジ４３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ５４から送り出された用紙３３をインクジェットヘッド４４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材５９を設けている。この印写受け部材５９の用紙搬送方向下流側には、用紙３３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ６１、拍車６２を設け、さらに用紙３３を排紙トレイ３６に送り出す排紙ローラ６３及び拍車６４と、排紙経路を形成するガイド部材６５，６６とを配設している。
【００５６】
記録時には、キャリッジ４３を移動させながら画像信号に応じて記録インクジェットヘッド４４を駆動することにより、停止している用紙３３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙３３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙３３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙３３を排紙する。
【００５７】
また、キャリッジ４３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、インクジェットヘッド４４の吐出不良を回復するための回復装置６７を配置している。回復装置６７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ４３は印字待機中にはこの回復装置６７側に移動されてキャッピング手段でインクジェットヘッド４４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中等に記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００５８】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でインクジェットヘッド４４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された不図示の廃インク溜に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【００５９】
このように、このインクジェット記録装置においては、本発明を実施したインクジェットヘッドを搭載しているので、粒状性の少ない階調性のよい画像が得られ、記録品質の高いインクジェット記録装置が実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施例１における液体吐出ヘッドの主要部を示す平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｙ断面図である。
【図３】図１に示す実施例１の液体吐出ヘッドの変形例を示す平面図である。
【図４】図３のＸ−Ｙ断面図である。
【図５】第１の吐出口形成壁の断面を示す模式的断面図である。
【図６】第１の吐出口形成壁の断面を示す異なる模式的断面図である。
【図７】図１、図２に示す液体吐出ヘッドを駆動させたときの、液体吐出の様子を示す図で、小液滴を吐出する動作である。
【図８】図１、図２に示す液体吐出ヘッドを駆動させたときの、液体吐出の様子を示す図で、大液滴を吐出する動作である。
【図９】本発明の実施例２のインクジェットヘッドにおいて複数の吐出口が配置されている面を示す平面図である。
【図１０】図９のＹ−Ｙ線断面図である。
【図１１】本発明の実施例３のヘッドカートリッジの外観を示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施例４のインクジェット記録装置を示す斜視図である。
【図１３】図１２のインクジェット記録装置の機構部を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…第１のヒータ、２…第２のヒータ、３…基板、４…液流路、５…第１の吐出口、６…第２の吐出口、７…第１の吐出口形成壁、７ａ…絞り部、８…第２の吐出口形成壁、９…液体流路壁、１０…共通液室、１１…吐出口プレート、１２…界面、１４…気泡、１５…液滴、１７…大滴用吐出口、１８…大滴用吐出口列、１９…小滴／中滴用吐出口列、２１…ヘッドカートリッジ、２２…液体吐出ヘッド、３１…記録装置本体、３２…印字機構部、３３…用紙、３４…給紙カセット、３５…手差しトレイ、３６…排紙トレイ、４１…主ガイドロッド、４２…従ガイドロッド、４３…キャリッジ、４４…インクジェットヘッド、４５…インクカートリッジ、４７…主走査モータ、４８…駆動プーリ、４９…従動プーリ、５０…タイミングベルト、５１…給紙ローラ、５２…フリクションパッド、５３…ガイド部材、５４…搬送ローラ、５５…搬送コロ、５６…先端コロ、５７…副走査モータ、５９…印写受け部材、６１…搬送コロ、６２…拍車、６３…排紙ローラ、６４…拍車、６５，６６…ガイド部材、６７…回復装置。
【図１】
2005193446.tif 000003
【図２】
2005193446.tif 000004
【図３】
2005193446.tif 000005
【図４】
2005193446.tif 000006
【図５】
2005193446.tif 000007
【図６】
2005193446.tif 000008
【図７】
2005193446.tif 000009
【図８】
2005193446.tif 000010
【図９】
2005193446.tif 000011
【図１０】
2005193446.tif 000012
【図１１】
2005193446.tif 000013
【図１２】
2005193446.tif 000014
【図１３】
2005193446.tif 000015