(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の液流路部の各々の中に、メインヒータと該メインヒータの周辺に配置された複数のサブヒータとからなるヒータ部を配置し、該ヒータ部のメインヒータと相対するように前記液流路部の各々に一つだけ吐出口を設け、前記ヒータ部により前記液流路部内の液体を加熱して気泡を発生し、その発泡時の圧力で前記吐出口から液体を吐出するインクジェットヘッドの駆動方法であって、
前記各液流路部の前記メインヒータのみに発泡可能なパルス電圧を印加して発泡させるとともに、残りの前記サブヒータのうち幾つかには発泡まで至らない発熱を起こすだけのパルス電圧を印加することにより、前記吐出口に対して発泡の重心を調整することを特徴とするインクジェットヘッドの駆動方法。
【請求項２】
前記複数の液流路を幾つかの駆動ブロックに分け、前記各液流路部の前記メインヒータのみに発泡可能なパルス電圧を印加し、残りの前記サブヒータのうち幾つかには発泡まで至らない発熱を起こすだけのパルス電圧を印加することを各駆動ブロック毎に共通としたことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
【請求項３】
前記複数のサブヒータは前記メインヒータを挟むように配置されたインクジェットヘッドに使用する、請求項１または２に記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
【請求項４】
前記複数のサブヒータは前記メインヒータを囲むように配置されたインクジェットヘッドに使用する、請求項１または２に記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
【請求項５】
前記メインヒータと前記複数のサブヒータとは同一のヒータ保護層下に配置され、前記メインヒータと前記サブヒータの間隔は前記保護層の厚さ以下であるインクジェットヘッドに使用する、請求項１から４のいずれかに記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体を直接加熱して発生した気泡による圧力で液体を吐出させるインクジェットヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリンターで写真のような高品位の画質を印字するには、ヘッドより吐出するインク滴の高い着弾精度が要求される。このようなプリンタに使用するヘッドは、例えば液室と、インクを加熱するためのヒータと、そのヒータに正対するような吐出口を空けたプレート（以下、オリフィスプレート）とからなるノズル（液流路部）を持ち、そのノズルとインク供給部が連通している構成である。このインク供給部に対して通常は複数のノズルが連通している。
【０００３】
上記のような構成のヘッドによるインクの吐出過程には、大きく二つある。
【０００４】
まず、吐出過程の一つを説明する。ヒータにパルス電圧を印加することにより、ヒータ周辺のインクが加熱され、ヒータ表面から気泡が発生する。発生した気泡は膨張し、吐出口から気泡の体積に応じた量のインクを突出させる。膨張した気泡は、膨張による温度低下で内部圧力が低下することで、やがて消泡する。吐出口から突出したインクは、消泡過程によるノズル内の圧力低下でノズル内に引き込まれるが、その際にくびれが生じ、ちぎれ、そのちぎれたインク滴がオリフィスプレートに垂直な方向に吐出される。
【０００５】
次に、もう一つの吐出過程を説明する。ヒータにパルス電圧を印加することにより、ヒータ周辺のインクが加熱され、ヒータ表面から気泡が発生する。大きく発生した気泡が吐出口から外に抜け出る過程で、ヒータ上にあるインクが吐出口からインク滴となり押し出され、オリフィスプレートに垂直な方向に吐出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような二つの吐出過程のヘッドにおいては、ヒータと吐出口の位置関係のずれ、オリフィスプレートの変形、発泡パワーの強弱、あるいはその他の様々な要因により、吐出したインクの着弾点がずれることがある。
【０００７】
設計の最適化により、これらの問題による着弾位置ずれは回避可能であるが、著しく高い精度が必要とされる。
【０００８】
また、ヘッド作成初期にはオリフィスプレートが変形していなくても、オリフィスプレートの素材によっては、液室内のインクによりオリフィスプレートが膨潤し、変形することがある。加えて、度重なる吐出により、ヒータが劣化し、発泡パワーが使用途中から変化することがある。これらを含めその他の変動要因による着弾位置ずれは、製造段階までの対策では不十分である。そのため、製造後に容易に着弾位置を補正できるヘッドが必要とされていた。
【０００９】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、製造後において容易に着弾位置を補正できるインクジェットヘッドの駆動方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、複数の液流路部の各々の中に、メインヒータと該メインヒータの周辺に配置された複数のサブヒータとからなるヒータ部を配置し、該ヒータ部のメインヒータと相対するように前記液流路部の各々に一つだけ吐出口を設け、前記ヒータ部により前記液流路部内の液体を加熱して気泡を発生し、その発泡時の圧力で前記吐出口から液体を吐出するインクジェットヘッドの駆動方法であって、前記各液流路部の前記メインヒータのみに発泡可能なパルス電圧を印加して発泡させるとともに、残りの前記サブヒータのうち幾つかには発泡まで至らない発熱を起こすだけのパルス電圧を印加することにより、前記吐出口に対して発泡の重心を調整することを特徴とする。
【００１２】
前記サブヒータは前記メインヒータを挟む、または囲むように配置されていることが考えられる。
【００１３】
さらに、前記メインヒータと前記複数のサブヒータとは同一のヒータ保護層下に配置され、前記メインヒータと前記サブヒータの間隔は前記保護層の厚さ以下であることが好ましい。
【００１６】
さらに、上記の方法において、前記複数の液流路を幾つかの駆動ブロックに分け、前記各液流路部の前記メインヒータのみに発泡可能なパルス電圧を印加し、残りの前記サブヒータのうち幾つかには発泡まで至らない発熱を起こすだけのパルス電圧を印加することを各ブロック毎に共通とすることが考えられる。
【００１７】
（作用）上記方法のような発泡の重心の調整により、インクの着弾位置は、吐出口を中心に、発泡重心の位置と点対称な方向に補正される。
【００１９】
発熱だけのパルス電圧を加えられたサブヒータの熱により、発泡の重心がパルス電圧を加えられたサブヒータの方向に調整され、かつ発泡のパワーが増す。
【００２０】
発泡重心の調整により、着弾位置が、吐出口を中心に発泡重心と点対称な位置に補正され、発泡重心の調整に伴う発泡パワーの増加により、着弾位置が元の着弾ずれを助長する方向に補正される。この二つの調整で、より微妙な着弾位置の補正が可能となる。
【００２１】
当然のことながら、発泡パワーが増加することを見越して、発泡のためのパルス電圧を弱めにし、発泡重心の調整のみをすることも出来る。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態によるインクジェットヘッドの平面図である。この図で示す形態のヘッド１は図中矢印方向に沿って一直線に並ぶ複数の吐出口２の列（以下、「ノズル列」ともいう）を平行に２列配設したもので、一方の列の吐出口２の各々は他方の列の吐出口２の中間に相当する位置に設けられている。すなわち吐出口は千鳥足状の配置となっている。各吐出口２は、共通液室６と繋がった複数の液流路部（ノズル）５の各々に一つだけ空けられている。
【００２４】
図２は図１に示したＸ−Ｘ’線に沿ったヘッド内の液流路部周辺の断面図である。この図に示すように、複数の吐出口２を形成したオリフィスプレート３は基板４の一面に接合されている。基板４の一面には各吐出口２と相対するヒータ部が配置され、かつ、各ヒータ部を配置した液流路部５をそれぞれ隔絶する複数の流路壁が配設されている。前記ヒータ部は、吐出口２と相対するメインヒータ７と、このメインヒータ７近傍に配置された、メインヒータ７より面積の小さい複数のサブヒータ８とによって構成されている。これらのヒータは電気熱変換素子である。
【００２５】
図３は図２のメインヒータとサブヒータの配置・形状を示すヒータ配線図である。各液流路５内のメインヒータ７は各吐出口２と相対して配置され、図３に示すように２つのサブヒータ８が各メインヒータ７の両辺を挟むようにしてノズル列方向に対して垂直に配置されている。また、メインヒータ７および各サブヒータ８にはそれぞれに電圧を印加するＡｌ等の電気配線１０が接続されている。
【００２６】
図２を参照すると、上記のようなヒータ部の構成において正確な着弾点に向かうインクの吐出方向はＡ方向であるが、様々な要因により、これがノズル列方向に垂直なＢ方向あるいはＣ方向にずれる。
【００２７】
インクがＢ方向に向かうようなときは、サブヒータ８ａにメインヒータ７と同時にパルス電圧を印加してサブヒータ８ａ上にも気泡９を発生させると、インク吐出方向がＡ方向に補正される。反対に、インクがＣ方向に向かうようなときは、サブヒータ８ｂにメインヒータ７と同時にパルス電圧を印加してサブヒータ８ｂ上にも気泡９を発生させると、インク吐出方向がＡ方向に補正される。
【００２８】
吐出方向がＢ’方向あるいはＣ’方向へと微小にずれている場合は、発泡しない程度の印加時間または大きさのパルス電圧をずれている方向に応じてサブヒータ８ｂあるいは８ｃに印加することにより、微妙に吐出方向を補正することが出来る。
【００２９】
本発明は上記のようなヒータ部の構成以外にも、図４や図５に示す構成を採ることができる。図４に示す構成では、２つのサブヒータ８が各メインヒータ７の両辺を挟むようにしてノズル列方向に沿って平行に配置されている。この事により、ノズル列方向に平行な方向の着弾位置ずれも補正できる。また図５に示す構成では、メインヒータ７を囲むように四つのサブヒータ８が配置されている。この事により、ノズル列方向に垂直な方向および平行な方向の着弾位置ずれを複数のノズルにおいて同時に補正することが可能となる。
【００３０】
なお、着弾位置ずれが一方向にのみ偏る場合は、メインヒータ７に対してサブヒータ８は一つだけでもよい。
【００３１】
（第２の実施の形態）
図６は本発明の第２の実施の形態によるインクジェットヘッドのノズル部周辺の断面図で、特に、ヒータ保護層の下にその保護層の厚み以下の間隔でメインヒータとサブヒータを設置した場合の断面図である。この図において第１の実施形態と同一の構成要素には同一符号を用いている。
【００３２】
図６に示す形態では、基板４の上に蓄熱層１１が存在し、さらにその上に、メインヒータ７とその周辺のサブヒータ８からなるヒータ部、絶縁層（例えばＳｉＮ）１２そして保護層（例えばＴａ）１３がこの順番に半導体製造プロセスを利用して重ねられている。メインヒータ７とその周辺に配置したサブヒータ８との間の距離が保護層１３の厚み以下である。このように配置することにより、両ヒータから発生する熱は、保護層１３上で融合する。
【００３３】
このような構成では、メインヒータとその周辺のサブヒータ、それぞれに印加するパルス電圧を調整することにより、見かけ上一つのヒータ上で微妙に発泡重心の位置を調整し、着弾位置を調整することが可能となる。例えば図６を参照すると、着弾位置がＢ方向にずれている場合、サブヒータ８ａにメインヒータ７と同時にパルス電圧を印加することにより、発泡重心をサブヒータ８ａ寄りにする。発泡重心がサブヒータ８ａ寄りになると、着弾位置は、吐出口を中心に、発泡重心の位置と点対称の方向に移動されるので、着弾位置がＡ方向となる。
【００３４】
また、Ｂ方向よりずれが少ないＢ’方向に着弾位置がずれる場合は、サブヒータ８ａに加えるパルス電圧の印加をメインヒータ７に加えるパルス電圧の印加より短時間にして早めに終らせ、サブヒータ８ａ寄りの保護層１２の温度上昇を抑えればよい。なお、サブヒータ８ａ，８ｂに加えるパルス電圧の印加を短時間にするだけでなく、そのパルス電圧を低くしても同じ効果が得られる。また、サブヒータにおいて電圧印加を短時間にすることと電圧を低くすることとを同時に行ってもよい。
【００３５】
（第３の実施の形態）
図７は本発明の第３の実施形態によるインクジェットヘッドで達成される効果を説明するための図である。
【００３６】
図２に示した形態のヘッドでは、ノズル列方向に対して垂直な方向の着弾位置のずれは、各ノズル列毎に似通った傾向になる。すなわち、２つのノズル列からのインク着弾位置がノズル列方向に対して垂直な方向の互いに内向きまたは外向きにまとまってずれるので、各ノズル列から吐出したインクが正常位置に着弾した場合（図７（ａ））に比較して、幅が狭くなった（図７（ｂ））もしくは、幅が開いた（図７（ｃ））印字になる。
【００３７】
このような場合、図２に示したように各メインヒータ７には２つのサブヒータ８ａ、８ｂがメインヒータ７を挟むようにノズル列方向に対して垂直な方向に配置されている。そして、一方のサブヒータ８ａは各々のメインヒータ７の列に対して互いに内側の位置に、もう一方のサブヒータ８ｂは各々のメインヒータ７の列に対して互いに外側の位置に配置されている。以上の配置によると各ノズル列毎に一律に外側、あるいは内側のサブヒータにパルス電圧を印加することによりまとめて着弾位置を正常位置に補正することが出来る。例えば図７（ｂ）のように印字幅が狭くなった場合には、両ノズル列において互いに内側位置のサブヒータ８ａに、図７（ｃ）のように印字幅が広くなった場合には、両ノズル列において互いに外側位置のサブヒータ８ｂにパルス電圧を印加すればよい。
【００３８】
（第４の実施の形態）
図１に示した形態のような多ノズルのヘッドで、全ノズルを数ブロックに分けて駆動する場合は、サブヒータに印加するパルス電圧も印字をするブロックと同じに与えてやればよい。
【００３９】
この場合の駆動回路の一例を図８に示す。ヘッドの全ノズルがいくつかのブロック（本例では３ブロック）に分けられていて、各ブロック毎にメインヒータ７とサブヒータ８を駆動するためのパルス電圧の印加回路が共通化されている。そして、各ブロックのメインヒータ７の駆動に合わせて、駆動したメインヒータ７近傍のサブヒータ８を駆動するか否かの信号をサブヒート部１４から発することが可能となっている。サブヒート部１４からの信号の長さと、サブヒータ８に印加されるパルス電圧の長さは一致する。着弾位置を大きく補正したいときは信号を長く、補正量を少なくしたいときは信号を短く印加すればよい。
【００４０】
さらに、サブヒータ８に印加されるパルス電圧の大きさを、発泡可能な発熱を起こす電圧と発泡に至らない発熱を起こすだけの電圧との間で調整することで着弾位置を調整してもよい。この場合の駆動においても、各液流路部（ノズル）の複数のヒータのうちのメインヒータ７のみに発泡可能なパルス電圧を印加し、残りのサブヒータ８のうちの幾つかには発泡に至らない発熱を起こすだけのパルス電圧を印加することを各ブロック毎に共通化することが望ましい。
【００４１】
図８においては、サブヒータ８が各液流路部（ノズル）に一つなので、一方向しか着弾位置を調整できないが、例えばサブヒータ８を図２に示したようにメインヒータ７の両側に配置している場合は、サブヒータ信号線を一つ増やし、もう一つのサブヒータの駆動に応じた調整も可能となる。さらに、図５に示したようにサブヒータ８をメインヒータ７の周辺に複数配置している場合も、この配置数に応じてサブヒータ信号線を増やせば、複数方向の着弾位置を調整することが可能となる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、複数の液流路部の各々の中に、メインヒータと該メインヒータの周辺に配置された複数のサブヒータとからなるヒータ部を配置し、該ヒータ部のメインヒータと相対するように前記液流路部の各々に一つだけ吐出口を設け、前記各液流路部の前記メインヒータのみに発泡可能なパルス電圧を印加して発泡させるとともに、残りの前記サブヒータのうち幾つかには発泡まで至らない発熱を起こすだけのパルス電圧を印加することにより、前記吐出口に対して発泡の重心を調整することが可能になったので、製造後のインクの着弾位置ずれを、吐出口を中心に、発泡重心の位置と点対称な方向に容易に補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるインクジェットヘッドの平面図である。
【図２】図１に示したＸ−Ｘ’線に沿ったヘッド内の液流路部周辺の断面図である。
【図３】図２のメインヒータとサブヒータの配置・形状を示すヒータ配線図である。
【図４】本発明のインクジェットヘッドのヒータ部のその他の構成例を示す図である。
【図５】本発明のインクジェットヘッドのヒータ部のその他の構成例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態によるインクジェットヘッドのノズル部周辺の断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態によるインクジェットヘッドで達成される効果を説明するための図である。
【図８】本発明の第４の実施形態によるインクジェットヘッドの駆動回路の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
１    インクジェットヘッド
２    吐出口
３    オリフィスプレート
４    基板
５    液流路部（ノズル）
６    共通液室
７    メインヒータ
８、８ａ、８ｂ    サブヒータ
９    気泡
１０    電気配線
１１    蓄熱層
１２    絶縁層
１３    保護層
１４    サブヒート部
【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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【図７】
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【図８】
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