(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出するための吐出口と、該吐出口に連通するノズルと、前記吐出口からインクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生手段と、を複数有するノズル列と、
該ノズル列を形成する複数のノズルに連通する共通液室と、
該ノズル列を形成するノズルの端部と共通液室との間に設けられる柱状のフィルターと、
を有するインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記複数のノズルのノズル長さは等しく、
前記柱状のフィルターは、相対的に流抵抗の異なる第１及び第２のフィルターを有し、
前記ノズル列を構成するノズルの、前記第２のフィルターを備えたノズルの隣接する２つのノズルのうち一方が、前記第１のフィルターを備えることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
前記第１のフィルターが１列のノズルフィルターで、前記第２のノズルフィルターが２列のノズルフィルターで、それぞれ形成されている請求項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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録用液体（以下インクと称する）を飛翔的液滴としてインク吐出口から吐出させ被記録材に付着させることにより記録を行うインクジェット記録ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録装置は、いわゆるノンインパクト記録方式の記録装置である。高速な記録と、様々な記録メディアに対して記録することが可能であり、記録時における騒音がほとんど生じないといった特徴を持つ。このことから、プリンタ、ワードプロセッサ、ファクシミリ、複写機等の記録機構を担う装置として広く採用されている。
【０００３】
このインクジェット記録とは、代表的な方法として電気熱変換素子を用いた方法があり、微小な吐出口から微小な液滴を吐出させ、記録紙に対して記録を行うものである。一般に、液滴を形成するインクジェット記録ヘッドと、このヘッドに対してインクを供給する供給系から構成される。電気熱変換素子を用いたインクジェット記録ヘッドは、電気熱変換素子を加圧室内に設け、これに記録信号となる電気パルスを与えることにより記録液に熱エネルギーを与え、そのときの記録液の相変化より生じる記録液の発泡時（沸騰時）の気泡圧力を記録液の吐出に利用したものである。
【０００４】
このようなインクジェット記録ヘッドでは、近年、より高速な記録（駆動周波数が数十KHz）が求められている。そこで、ノズル列をブロックに分割し、同じブロックには駆動パルスを電気熱変換素子に同時に送る、いわゆるブロック駆動を行なうことが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、隣接するノズルでブロックを異ならせると、最初のブロックによる発泡の際に生じるバック波によって、隣接するノズルにメニスカス振動が発生する恐れがある。このメニスカス振動が発生している時に駆動パルスがそのノズル内の電気熱変換素子に送られると、吐出方向が不安定になったり、吐出時のミストが増加するなど、吐出に悪影響を及ぼす場合がある。これを抑制するために各ブロック間隔を広くして、メニスカス振動が収まってから駆動することが考えられるが、駆動周波数を低下させる要因となっていた。
【０００６】
また、このようなブロック駆動を行なう場合、吐出タイミングの差を補償するためにノズル長を異ならせると、電気熱変換素子からインク供給口までの距離が変わり、ノズルの流抵抗が変わるために、吐出後のインクリフィル時間が変わる恐れがあった。
【０００７】
一方、記録ヘッドの製造工程、及び使用中の記録ヘッド内にゴミが混入することによる不具合を改善するために、特開平０５−１２４２０６号公報、特開平１０−８６３７７号公報などでは、ノズル近傍に柱状のフィルター（以下、ノズルフィルターと略する）が提案されている。しかしながら、記録の高速化を達成するためには、吐出後のインクのリフィリルを良くする必要があるためにノズルフィルターでの流抵抗を小さく抑えることが要求されている。また、ゴミ除去の観点からは、ノズルフィルターの開口を細かくしてノズル内へのゴミの浸入を極力防ぐ必要がある。この相矛盾する要求から、従来のノズルフィルターは現実には中途半端なものとなっていた。
【０００８】
本願発明は、上述の課題を解決し、簡単な構成でありながら高速記録の可能なインクジェット記録ヘッドを提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明のインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出するための吐出口と、該吐出口に連通するノズルと、前記吐出口からインクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生手段と、を複数有するノズル列と、該ノズル列を形成する複数のノズルに連通する共通液室と、該ノズル列を形成するノズルの端部と共通液室との間に設けられる柱状のフィルターと、を有するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記複数のノズルのノズル長さは等しく、前記柱状のフィルターは、相対的に流抵抗の異なる第１及び第２のフィルターを有し、前記ノズル列を構成するノズルの、前記第２のフィルターを備えたノズルの隣接する２つのノズルのうち一方が、前記第１のフィルターを備えることを特徴とする。
【００１０】
上述の構成によれば，従来のノズルフィルターでは達成できなかった吐出後のインクリフィルとゴミのトラップとの相矛盾する要求に対して双方の要求を満たすことが出来る。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
【００１２】
図５は本発明によるインクジェット記録ヘッドを示す分解斜視図である。記録ヘッド１００１は、電気信号に応じて膜沸騰をインクに対して生じせしめるための熱エネルギーを生じせしめるための熱エネルギーを生成する電気熱変換体を用いて記録を行うバブルジェット方式のサイドシュータ型とされる記録ヘッドである。
【００１３】
記録ヘッド１００１は、記録素子ユニット１００２とタンクホルダーユニット１００３から構成される。さらに、図６の分解斜視図に示すように、記録素子ユニット１００２は、記録素子基板１１００、第１のプレート１２００、電気配線基板１３００、第２のプレート１４００で構成されている。
【００１４】
＜第１の参考例＞
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の参考例を表す記録素子基板１１００の斜視図及びノズル部の拡大平面図である。図１（ａ）の記録素子基板１１００は、例えば、厚さ０．５〜ｌｍｍのＳｉ基板１１０１で薄膜が形成されている。また、６色のインク流路として長溝状の貫通口からなるインク供給口１１０２が６列形成され、各々のインク供給口１１０２の両側に電気熱変換素子（以下ヒーターと略す）１１０３がそれぞれ１列ずつ千鳥状に配列されており、前記電気熱変換素子１１Ｏ３と、ヒーター１１０３に電力を供給するＡｌ等の電気配線は成膜技術により形成されている。また、前記電気配線に電力を供給するための電極部１１０４には、Ａｕ等のバンプ１１０５が設けられている。前記インク供給口１１０２は、前記Ｓｉ基板１１０１の結晶方位を利用して、異方性エッチングを行う。また、前記Ｓｉ基板１１０１上には、ヒーター１１０３に対応したインク流路を形成するためのインク流路壁１１０６と吐出口１１０８がフォトリソ技術により形成され、６色のインクに対応した６列の吐出口列１１０７を形成している。また、前記吐出口１１０８に対向するように前記ヒーター１１０３は設けられており、インク供給口１１０２から供給されたインクをヒーター１１０３により気泡を発生させてインクを吐出させるものである。
【００１５】
図１（ｂ）は、ノズルと吐出口そして本発明の参考例のノズルフィルターを示す概略図である。吐出口１１０８−１、１１０８−２、１１０８−３は、吐出タイミングズレを補償するために前記インク供給口１１０２から吐出口１１０８までの距離Ｙを変えている。例えば、６００ｄｐｉ密度で２列千鳥配置で２５６ノズルの記録ヘッドを１２００ｄｐｉ、１５ｋＨｚで駆動する場合、同時駆動による電圧ドロップを抑えるために１６分割駆動を行う（電圧ドロップが小さい設計においては、分割数を小さくできる）。この時、第１ブロックと第１６ブロックでは、１２００ｄｐｉ×１５／１６の吐出タイミングズレが発生する。それを補償するために吐出口を駆動ブロック単位で位置をずらしている。この構成のノズルにおいては、ヒーター１１０３からインク供給口１１０２までの距離が変わり、ノズルの流体抵抗が変わるために、吐出後のインクリフィル時間が変わる。特に、前述した６００ｄｐｉの２列配置の記録ヘッドにおいては、ノズルピッチが４２μｍと狭く、この流体抵抗差によるインクリフィル時間への影響は大きい。
【００１６】
そこで、本参考例では、ノズル１１１０とインク供給口１１０２の間には、ノズル形成材で形成された柱１１１１が設けられている。これらの柱の開口はノズルフィルターの役目を果たす。開口幅Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３は、前記インク供給口１１０２から吐出口１１０８までの距離Ｙが大のノズルでは大とし、Ｙが小のノズルでは小とする構成である。
【００１７】
この構成をとることで、開口大の単一のノズルフィルターよりフィルター効果が良くなる。ところで、前記開口の大の所でも、フィルターのために設けるので、ノズル及び吐出口で一番狭い部分（本参考例では吐出ロ）よりは狭く形成する必要がある。部分的に狭い開口幅Ｘ２，Ｘ３は、ノズル長大のノズルよりインクリフィルが遅くならない程度に狭くする。
【００１８】
このようにすることで、長いノズルと短いノズルとで同じリフィル時間とすることが出来る。
【００１９】
＜第２の参考例＞
図２（ａ）は，第２の参考例を示す概略平面図。（ｂ）、（ｃ）は、それぞれＢ−Ｂ、Ｃ−Ｃ断面図である。
【００２０】
ノズル１１１０とインク供給口１１０２の間には、ノズル形成材で形成された柱１１１１が設けられている。これらの柱の開口はノズルフィルターの役目を果たす。開口高さＺ１、Ｚ３は、前記インク供給口１１０２から吐出口１１０８までの距離Ｙが大のノズルでは大となり、Ｙが小のノズルでは小とする構成である。この構成をとることで、開口大の単一のノズルフィルターよりフィルター効果が良くなる。ところで、前記開口の大の部分でもフィルターの効果を発揮するためには、ノズル及び吐出口で一番狭い部分よりは狭く形成する必要がある。図２（ｃ）の開口高さが部分的に低い所１１１１−３の高さＺ３は、ノズル長大のノズルよりインクリフィルが遅くならない程度に低くする。
【００２１】
＜第３の参考例＞
図３は、ノズル１１１０とインク供給口１１０２の間には、ノズル形成材で形成された柱１１１１が設けられている。これらの柱の開口はノズルフィルターの役目を果たす。本実施例では、柱１１１１がノズル長大では一列、ノズル長短では複数列の構成を示す。この構成をとることで、開口大の単一のノズルフィルターよりフィルター効果が良くなる。ところで、前記開口の大の所でも、フィルターのために設けるので、ノズル及び吐出口で一番狭い部分（本参考例では吐出口）よりは狭く形成する必要がある。柱１１１１の列数は、ノズル長大のノズルよりインクリフィルが遅くならない程度の列数にする。
【００２２】
＜実施例＞
以上説明してきた第１〜第３の参考例では、いずれもノズル長さがブロックにより異なる場合について説明を行なっている。しかしながら，本発明は以下に示すように、ノズル長さが同じノズル列において，好適に利用できるものである。図４（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ本発明の実施例を示す記録ヘッドの液体吐出の様子を時系列的に示す模式図である。
【００２３】
図４（ａ）に本実施例の一列に並んだノズル形態のインクジェット記録ヘッドの発泡（電気熱変換素子を駆動した時の）状態を示す。このヘッドは第１から第６の６つの駆動ブロックに分割されており，第１，第２、．．．第６の順にノズルが並んでいる。（第６ブロックの隣のノズルは第１ブロックに属する。）図４（ａ）は1108-1の第１ブロックのノズルが発泡した状態を示し、この時、発泡によって共通液室方向への圧力波1210が発生する。しかし、本実施例では1108-2と1108-3のノズルのノズルフィルターを２列配置することで、1108-1の１列のノズルフィルターより流抵抗を大きくすることで圧力波が隣接のノズルに伝わることを抑える、その結果、メニスカスの振動を抑制する。図４（ｂ）は、第１ブロックのノズルのインクリフィル状態を示す。1108-１ノズルのノズルフィルターが１列で流抵抗が小さいので、1211に示す早い流れでインクリフィルされる。
【００２４】
図４（ｃ）に1108-２の第２ブロックのノズルが発泡した状態を示す。この時発生する圧力波1220は、２列のノズルフィルターによって弱められるために隣接ノズルへの影響が少ない。図４（ｄ）は、第２ブロック及び第３ブロックのノズルのインクリフィル状態を示す。実線は1108-2ノズル（第２ブロック）のインクリフィル状態を示し、1222のインクリフィルの流れに1221の横からの流れが加わる（1108-１ノズルのノズルフィルターが１列で流抵抗が小さいので隣接からの流れが加わる）ことで、インクリフィルが、全て２列ノズルフィルターのノズルより改善する。なお、波線は1108-3ノズル（第３ブロック）のインクリフィル状態を示し、1108-4ノズルのノズルフィルターが１列で流抵抗が小さいので1231に示すようなルートの流れが加わることで、同様にインクリフィルが改善する。
【００２５】
このように、一列に並んだノズル形態において、複数種のノズルフィルターを設けること、更に具体的には、ノズル２本おきに、流抵抗の小さいノズルフィルターを設ける（流抵抗の小さいノズルに隣接するノズルの一方は大きい流抵抗のノズルとなる）ことで、メニスカス振動の抑制とインクリフィル低下の抑制の両立をはかることができる。
【００２６】
なお、上述した実施例において、柱状のノズルフィルターを用いることは、記録ヘッドを製造する際に、工程中にゴミがノズル内に混入することを抑制できるのでより望ましい。更には，このような複数種類のフィルターをノズルごとに設けることも，容易に実現可能である。
【００２７】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、従来のノズルフィルターでは達成できなかった吐出後のインクのリフィリルとゴミトラップの相矛盾する要求をほぼ達成することが出来るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （ａ）は本発明の記録素子基板の斜視図、（ｂ）は本発明の参考例における、記録素子基板のノズル部の概略平面図である。
【図２】  （ａ）は本発明の第２の参考例を示すノズル部の概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図３】  本発明の第３の参考例を示すノズル部の概略平面図である。
【図４】  （ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明の実施例を示す記録ヘッドの液体吐出の様子を時系列的に示す模式図である。
【図５】本発明のインクジェット記録ヘッドを示す分解斜視図である。
【図６】本発明の記録素子ユニットを示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１００３  タンクホルダーユニット
１１００  記録素子基板
１１０１  Ｓｉ基板
１１０２  インク供給口
１１０３  電気熱変換素子
１１０４  電極部
１１０５  バンプ
１１０６  ノズル壁
１１０７  吐出口列
１１０８  吐出口
１１１０  ノズル
１１１１  柱
【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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