JP4574515B2 - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドに関し、特に、発熱抵抗体の熱を利用してインクを吐出して被記録媒体に記録を行うインクジェット記録ヘッド（以下，記録ヘッド）に関する。

従来、記録ヘッドとして、特許文献１に示されているように、等ピッチで並んだ複数のノズルからなるノズル列が２列設けられ、この２列のノズル列の間にインクを供給するためのインク供給口を有する構成が知られている。このような構成の記録ヘッドでは、インク供給口を挟んで両側に設けられたノズル列を互いに半ピッチ分ずらして配置することで、ノズルの配置密度を、ノズル列が1列の場合に比較して２倍にすることが行われている。

図９は、この種の記録ヘッドにおける吐出口周辺の構成を示す透視平面図である。図９に示すように、記録ヘッドのインク供給口１５００の両側にはインク供給口１５００の長手方向（図示上下方向）に所定の配置ピッチで配列された複数の吐出口１１００が設けられている。インク供給口１５００は、吐出口１１００とインク流路１３００からなる各ノズルと連通しており、これによりインク供給口１５００からのインクが吐出口１１００に供給されるようになっている。

インク流路１３００は、より具体的には、発熱抵抗体からなる記録素子１４００が配置された圧力室１３０２と、圧力室１３０２にインクを供給するための移送路１３０１とで構成されている。圧力室１３０２は、インクに吐出エネルギーを付与するための空間であり、吐出口１１００からの適正なインク吐出を実現するためにはある程度の大きさに設けられている必要がある。

一方、特許文献２には、発熱抵抗体で構成された記録素子と、その記録素子を駆動するためのドライバ（例えばトランジスタ）と、該ドライバを画像データに応じて選択的に駆動するためのロジック回路とを有する記録ヘッドを開示している。
特開２００２−７９６７２号公報 特開２００２−３７４１６３号公報

さて、図９に示す記録ヘッドとしては、現在、一色当たりのノズルの配置密度が１２００ｄｐｉ（１つのノズル列におけるノズルの配列密度が６００ｄｐｉ）であって各吐出口１１００から吐出されるインク液滴が２ｐｌのものが製品化されている。しかしながら、さらなる高画質化を実現するためには、さらに微小な体積の液滴を吐出できる記録ヘッドが求められている。このような記録ヘッド（例えば２ｐｌ以下の吐出量）では、液滴が小さくなることに伴い、ノズルの配列密度を上げる（例えば１つのノズル列におけるノズルの配列密度が１２００ｄｐｉで、ノズルの配列密度としては２４００ｄｐｉ）ことが望ましい。

しかし、上述のようなノズルの配列密度の場合、吐出口１１００をインク供給口１５００の長手方向に沿って一列に配置する従来の構成では、インク流路１３００同士を仕切る隔壁の厚さを確保することが困難となり、信頼性を維持しにくい。

そこで、本発明者等は、図１０に示すように、１つのノズル列の吐出口１１００を千鳥状に配置することを想起した。図１０の記録ヘッドでは、隣接する吐出口１１００は、インク供給口１５００からの距離が交互に異なるように構成されている。インク供給口１５００に近い側の吐出口に対応するインク流路１３００は、移送路１３０１と圧力室１３０２とを備えている。また、インク供給口１５００に近い側の圧力室１３０２同士の間には、インク供給口１５００から離れた側の吐出口１１００に対応するインク流路１３０５の移送路１３０６が位置するように構成されている。

ところで、このような吐出口１１００をインク供給口１５００に対して千鳥状に配置した構成では、移送路（１３０１，１３０６）の長さが異なることになる。もともとノズルの配列密度が高い（ノズル間のピッチが狭い）状態を前提としているため、この移送路の長さの違いは、各発熱抵抗体における後方の流路抵抗に顕著な差をもたらす。しかも、インク供給口に近い側の発熱抵抗体は、発熱面積を確保するために流路方向に引き伸ばすような長方形状となっており、流路抵抗の差をより助長する要因となる。

この流路抵抗の差は、リフィル速度の差を生み、とくに供給口から遠い位置に配置された発熱抵抗体に対応する流路において、ときに所望のリフィル速度を確保することが困難な場合があった。

また、この流路抵抗の差は各発熱抵抗体での吐出性能の差をも生じさせることになり、吐出性能の差がありすぎると、画像品位の劣化につながるため好ましいものではない。

このような課題は、全てのノズルから同じ吐出量の液体を吐出する記録ヘッドにおいてだけに特有のものではない。例えば、相対的に大きな吐出量の液体を吐出するためのノズルと、相対的に小さな吐出量の液体を吐出するためのノズルとを備える記録ヘッドにおいて、ノズルの配列密度を上げる場合にも発生するものである。また、インクを吐出して記録を行う記録ヘッドに限られるものでもない。記録以外の分野（例えばカラーフィルタの製造や回路パターンの描画など）において、発熱抵抗体からなる素子を用いて液体を吐出する液体吐出ヘッドでも同様の課題がある。

本発明は、上述の課題を解決するために想起されたものである。その目的は、供給口からの距離が互いに異なるように吐出口が千鳥状に配置された液体吐出ヘッドにおいて、供給口から離れた側の吐出口からも安定して液滴を吐出することが可能な液体吐出ヘッドを提供することにある。

上述の目的を達成するために、本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する複数の吐出口と、それぞれが前記各吐出口に連通した複数の流路と、基板に形成され前記各流路に液体を供給する供給口と、前記基板上に形成された発熱抵抗体から構成され前記それぞれの流路内であって前記吐出口に対向する位置に配置された複数の記録素子とを有し、
前記複数の吐出口は、前記供給口の少なくとも片側で、前記供給口からの距離が相対的に小さい第１の吐出口と相対的に大きい第２の吐出口とを含むように千鳥状に配置され、かつ、前記複数の記録素子が、前記第１および第２の吐出口に対応して第１の記録素子と第２の記録素子を含むように構成されており、
前記第１及び第２の記録素子の、流路方向に直交する方向を基準としたアスペクト比が、前記第２の記録素子のアスペクト比が前記第１のアスペクト比よりも小さく、
前記第１および第２の吐出口から吐出される液滴の量が同一であり、
０．９５＞第２の記録素子の面積／第１の記録素子の面積＞０．６０、かつ、
第２の記録素子のアスペクト比／第１の記録素子のアスペクト比＜０．９５
を満たすことを特徴とする。

本発明の液体吐出ヘッドによれば、供給口から遠い側の第２の記録素子のアスペクト比が第１の記録素子よりも小さいため、供給口から離れた側の吐出口からも安定して液滴を吐出することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の記録ヘッドの一実施形態を模式的に示す斜視図である。

図１に示すように、記録ヘッド１０１は、上面に例えば発熱抵抗体からなる記録素子４００が複数個形成されたＳｉ基板１１０（半導体基板）と、記録装置４００を覆うようにＳｉ基板１１０上に配置された流路形成部材１１１とを有している。本発明の主な特徴部は記録素子４００およびその周辺の構造であるが、まず、記録ヘッド１０１の全体構成について簡単に説明する。

Ｓｉ基板１１０は、同基板を貫通した状態に形成された共通液室１１２を有しており、共通液室１１２は基板上面に長尺な１つのインク供給口５００を形成するように開口している。また、図１では一方側のみしか示されていないが、インク供給口５００の両側には、複数の記録素子４００がインク供給口５００の長手方向に沿うように並べて形成されている。各記録素子４００は、詳細な構成は後述するが発熱抵抗体で構成されており、不図示の電気配線を通じて外部から電圧が印加されることにより発熱し、インクを加熱することでインクに吐出エネルギーを付与するものである。

なお、図１では、記録素子４００はインク供給口５００の長手方向に沿って一列に並ぶように示されているが、詳細には図２を参照して後述するように千鳥状に配置されている。

流路形成部材１１１は、上記記録素子４００の１つ１つに対向する位置に配置された、インクを吐出するための吐出口１００を複数有している。これら複数の吐出口１００は、インク供給口５００の両側にそれぞれ配置された記録素子群に対応するように２つの吐出口群９００を構成している。流路形成部材１１１とＳｉ基板１１０上面との間には、インク供給口５００から供給されたインクを各吐出口１００へ導くための複数のインク流路３００が形成されている。

このように構成された記録ヘッド１０１は、Ｓｉ基板１１０の共通液室１１２へインクを供給するためのインク流路（不図示）が形成されたインク供給部材１５０に位置決め固定されて使用され、次のように動作する。まず、不図示の電気配線通じて外部からの電圧を各記録素子４００に印加すると、発熱抵抗体からなる記録素子４００が発熱する。この熱エネルギーによってインク流路３００内のインクは発泡し、それによって生じた気泡がインク流路３００内のインクを吐出口１００から押し出すことによって液滴状のインクが吐出される。なお、このように構成された記録ヘッド１０１では、流路形成部材１１１の上面すなわち吐出口面を、紙などの被記録媒体に対向させた状態で上記動作を実施することで、吐出されたインク液滴が被記録媒体に付着して記録が行われる。

次に、本発明の特徴部である記録素子４００およびその周辺の構成について、図２、図３を参照して詳細に説明する。図２は、図１の記録ヘッド１０１を吐出口面側からみた透視平面図であり、記録ヘッド１１０１の記録素子４００周辺を部分的に示している。図３は、図２に示された２種類のインク流路およびその周辺構造を拡大して示す透視平面図である。

図２に示すように、上述した２つの吐出口群９００は、インク供給口５００を挟んでその両側に配置された吐出口群９００ａおよび吐出口群９００ｂに分けられる。吐出口群９００ａ、９００ｂは、基本的には同じ構成となっており、互いに半ピッチ（ｐ／２）だけ図示上下方向（インク供給口５００の長手方向）にずれるように配置されている。以下、一方の吐出口群９００ａ（以下、「吐出口群９００」として示す）を例に挙げて説明する。

吐出口群９００は、インク供給口５００に近い側の第１の吐出口１００ａと、インク供給口５００から離れた側の第２の吐出口１００ｂとで構成されている。第１の吐出口１００ａと第２の吐出口１００ｂとは図示上下方向に１つずつ交互に、すなわち千鳥状に形成されている。第１の吐出口１００ａと第２の吐出口１００ｂは、図示上下方向において等間隔の配置ピッチｐで配置されており、また、各吐出口１００ａ、１００ｂ（以下、単に「吐出口１００」と示すこともある）はいずれも円形で、その大きさはいずれも同一となっている。

なお、配置ピッチｐは、片側の吐出口群９００で１２００ｄｐｉが実現されるような距離となっている。そして、前述したように他方側の吐出口群９００ｂが半ピッチｐ／２だけずれていることにより、本実施形態の記録ヘッド１０１の解像度は全体として２４００ｄｐｉとなっている。また、本実施形態では、各吐出口１００からのインク液滴の吐出量は１ｐｌとなるように設定されている。これを実現するための各構造部の具体的な寸法例については後述するものとする。

上記の通り吐出口１００ａ、１００ｂが千鳥状に形成されているため、インク流路３００および記録素子４００もそれに対応するように形成されている。

すなわち、インク流路３００は、図２に示すように、第１の吐出口１００ａに対応して設けられた第１のインク流路３００ａと、第２の吐出口１００ｂに対応して設けられた第２のインク流路３００ｂとに分けられる。第１のインク流路３００aは相対的に流路が短く、第２のインク流路３００ｂは相対的に流路が長い。各インク流路３００ａ、３００ｂは、図３に示すように、吐出口１００を含む領域に形成された圧力室３０２ａ、３０２ｂと、その圧力室３０２ａ、３０２ｂにインクを移送するための移送路３０１ａ、３０１ｂとをそれぞれ有している。図３では、移送路３０１ｂの最上流側が幅広な形状となっているが、特にこのような形状となっている必要はない。

各圧力室３０２ａ、３０２ｂ内には、互いに異なる形状に形成された第１の記録素子４００ａおよび第２の記録素子４００ｂが配置されている。各吐出口１００ａ、１００ｂからの適正な吐出を実現するため、記録素子４００ａ、４００ｂの外周と圧力室３０２ａ、３０２ｂの内壁との間には若干のスペースがとられている。各吐出口１００は、それぞれの記録素子４００ａ、４００ｂのほぼ中心に位置するように配置されている。

前述したように、移送路３０１ａ、３０１ｂは、圧力室３０２ａ、３０２ｂへのインク供給に支障をきたさない範囲で、圧力室３０２ａ、３０２ｂと比べて小さい幅寸法（Ｗ_300a、Ｗ_300b）で形成することが可能である。本実施形態では、吐出口１００を千鳥状に配置すると共に、圧力室３０２ａ、３０２ｂが図示上下方向に一列に並ばないようにされている。これにより、インク流路３０１ａ、３０１ｂ間の隔壁の厚さを保ちつつ、吐出口１００の高密度配置が実現されている。特に、移送路３０１ｂの幅寸法Ｗ_300bが、第１の記録素子４００ａの幅寸法Ｗ_400aと略同一またはそれ以下の寸法に形成されていることが吐出口１００を高密度配置できる点で好ましい。

次に、図４を参照して、発熱抵抗体として設けられた記録素子４００ａ、４００ｂの具体的な構成について説明する。図４（ａ）は、記録素子４００ａ、４００ｂを構成する配線パターンを示す上面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）中のＡ−Ａ切断線およびＢ−Ｂ切断線のそれぞれにおける断面図を示している。

図４に示すように、記録素子４００ａ、４００ｂはいずれも、抵抗層７００上に配置された配線層７０２が部分的に除去されることによって構成されている。配線層７０２に電圧を印加すると、抵抗層７００のうち配線層７０２が除去された部分が抵抗体として機能し、この部分から熱が発生するようになっている。このような構成の記録素子４００ａ、４００ｂにおいては、抵抗層７００および配線層７０２のパターニング形状を変更するだけで、抵抗体となる部分の面積を容易に変更可能である。したがって、各記録素子４００ａ、４００ｂの発熱量の調整が容易である。

なお、図４に示す通り、第１の記録素子４００ａは、インク供給口５００に近い位置に形成されると共に露出した抵抗層７００の外形形状が長方形となるように形成されている。第２の記録素子４００ｂは、インク供給口５００から離れた位置に形成されると共に露出した抵抗層７００の外形形状が略正方形となるように形成されている。

ところで、吐出口１００を千鳥状配置として高密度化する場合、第２のインク流路３００ｂの長さが相対的に長くなることに起因して、インクのリフィル時間が長くなったり、第２の吐出口１００ｂからの吐出動作が不安定化したりするおそれがあった。そこで本実施形態では、この問題点を解決すべく、以下の２つの対応を行い、第２の吐出口１００ｂからの吐出動作の安定化を図っている。対応の一つは、第２の記録素子４００ｂの面積を第1の記録素子の面積に比べ小さくすることである。対応のもう一つは、第２の記録素子４００ｂの外形形状を第１の記録素子４００ａよりも縦横比を小さくして正方形に近づけることである。

この点について以下に詳細に説明する。

第１及び第２の吐出口の吐出バランスを揃えるためには、特に奥側（第２の吐出口側）のノズルの吐出性能を向上させることが望ましい。発熱抵抗体の観点からは、発熱抵抗体の縦横比（アスペクト比）を１に近づける（正方形に近づける）ことが望ましい。このように第２の記録素子４００ｂの縦横比を小さくすることで吐出動作が安定化する理由は、以下のとおりである。いずれの記録素子４００ａ、４００ｂにおいても、その外周付近は温度が中央付近と比較して低く、インクの発泡に寄与しない部分となっている。そのため、長方形である第１の記録素子４００ａと略正方形である第２の記録素子４００ｂとを比較すると、略正方形である記録素子４００ｂの方が上記発泡に寄与しない部分が相対的に少なくなり、効率的にインクに吐出エネルギーを付与できる。

さて、長方形の発熱抵抗体のアスペクト比を１に近づけるためには、幅を広げる方法と、長さ（図４の横方向における記録素子の寸法を指す）を短くする方法がある。しかし、そもそも本発明ではノズル配列密度の関係で幅を広げる余裕が少ないことから、長さを短くすることで上記対策を行うことが望ましい。この場合、奥側の発熱抵抗体（第２の発熱抵抗体）の面積は第１の発熱抵抗体の面積よりも小さくなる。

本実施形態のように、同一吐出量を吐出するような吐出口サイズが同じヘッドの場合、もともと本発明が適用される記録ヘッドの液体の吐出量が小さいため、奥側のノズルのリフィル量が少なく絶対的なリフィル周波数が低下するという事態は発生しにくい。

なお、第２の記録素子４００ｂが略正方形に形成されている場合、長方形の場合と比較して、記録素子４００ｂの中心位置が図１に示すようにインク供給口５００側により近くすることができるため、さらにリフィル特性の緩和も期待できる。

以下、本実施形態の具体的な寸法を示す。

上記した各構造部の具体的な寸法の一例としては、吐出口１００ａ、１００ｂの開口面積が７０μｍ²である。また、第１の記録素子４００ａの外形形状は（幅Ｗ_400a、長さ）＝（１０μｍ、２８μｍ）、第２の記録素子４００ａの寸法が（幅Ｗ_400a、長さ）＝（１４μｍ、１８μｍ）である。すなわち、第１の記録素子４００ａおよび第２の記録素子４００ｂの面積はそれぞれ、２８０μｍ²、２５２μｍ²であり、第１の記録素子４００ａの面積の方がより大きくなっている。

なお、本実施形態のようにノズルの配列密度が１２００ｄｐｉ以上で、同一吐出口で同一吐出量を吐出する形態の場合、第１の記録素子と第２の記録素子とが、以下の関係になっていることで良好な吐出バランスをとることができる。（なおアスペクト比は流路方向を基準とする。）
０．９５＞第２の記録素子の面積／第１の記録素子の面積＞０．６・・・（式１）
かつ、
第２の記録素子のアスペクト比／第１の記録素子のアスペクト比＜０．９５・・・（式２）
このように、本実施形態では、第２の記録素子４００ｂによる吐出動作が第１の記録素子４００ａのものと比較して効率的に行われるため、インク流路３００ａ、３００ｂの長さの相違に関わらず吐出口１００の吐出特性をそろえることができる。

ところで、本実施形態において、第１の記録素子４００ａと第２の記録素子４００ｂを適正に駆動するためには、記録素子４００ａ、４００ｂに対して、それらの位置に応じて適正なエネルギーを供給することが必要となる。

すなわち、記録素子４００ａ、４００ｂは、発熱抵抗体として構成されている関係上、記録素子４００ａ、４００ｂの発熱量は抵抗層７００の材質の抵抗値および同材質の単位面積当たりの発熱量によって決定されることが知られている。そして、記録素子４００ａ、４００ｂの抵抗値は、記録素子の外形形状によって決定されるものであり、図４のような構成では、電流の流れる方向（図４の図示左右方向あるいはインク供給口５００の短手方向）における長さ寸法が大きいほど抵抗値が大きくなる。言い換えれば、インク供給口５００の短手方向を縦方向としたときに、記録素子４００ａ、４００ｂの縦横比が大きいほど抵抗値も大きくなる。したがって、本実施形態の記録素子４００ａ、４００ｂに対し、同一の駆動電圧および同一の駆動パルスを印加すると、供給エネルギーが過剰あるいは不足することとなり記録素子４００ａ、４００ｂの吐出動作にばらつきが生じてしまうこととなる。なお、両記録素子４００ａ、４００ｂに同一の駆動パルスを与えるということは、両記録素子４００ａ、４００ｂを同一の駆動時間で駆動することを意味する。

そこで本実施形態の記録ヘッドでは、記録素子の駆動パルス等を決定するロジック回路の構成要素、または、駆動素子に電力を供給する駆動電圧を、記録素子４００ａ、４００ｂの位置に応じて分割することによって、適正な駆動が実現可能となっている。

以下、図５〜図７を順に参照して、本実施形態の記録ヘッド１０１に適用可能な回路構成の一例について説明する。ここで、図５は、駆動パルスを分割した回路構成を示すブロック図である。図６は、駆動電圧を分割した回路構成を示すブロック図である。図７は、駆動パルスと駆動電圧との双方を分割した回路構成を示すブロック図である。

（駆動パルスを分割した構成）
図５に示す回路は、各種データの処理や時分割駆動の制御を行う処理ブロック６３０を備える。また、この処理ブロック６３０に接続され、ＣＬＫデータ、画像データ、および時分割駆動等に関するデータをそれぞれ処理ブロック６３０に入力する複数の端子６２０ａ〜６２０ｎを備える。また、発熱抵抗体として構成された第１および第２の記録素子４００ａ、４００ｂ、記録素子４００ａ、４００ｂに駆動電圧を供給するための電源供給端子６１０およびＧＮＤ端子６１１を有している。さらに、各記録素子４００ａ、４００ｂごとに配置され対応する記録素子の通電状態を切替える機能を備えたパワートランジスタ６５０（ドライバ）を有している。また、第１の記録素子４００ａの駆動時間を決定するための第１の駆動時間決定信号端子６００、および、第２の記録素子４００ｂの駆動時間を決定するための第２の駆動時間決定信号端子６０１を有している。さらに、出力側がパワートランジスタ６５０に接続された第１のＡＮＤ回路６４０ａ、第２のＡＮＤ回路６４０ｂを有している。

各ＡＮＤ回路６４０ａ、６４０ｂの一方の入力側には処理ブロック６３０で処理された信号が入力されるようになっている。また、第１のＡＮＤ回路６４０ａの他方の入力側には第１の駆動時間決定信号端子６００からの信号が入力されるようになっており、第２のＡＮＤ回路６４０ｂの他方の入力側には第２の駆動信号決定信号端子６０１からの信号が入力されるようになっている。

このように構成された回路では、記録素子４００ａ、４００ｂのそれぞれに対応するように２つの駆動信号決定信号端子６００、６０１が分割して設けられている。記録素子４００ａ、４００ｂは、駆動時間決定信号端子６００、６０１からの駆動パルスと処理ブロック６３０からの記録データとの論理積（ＡＮＤ）をとるように駆動される。したがって、記録素子４００ａ、４００ｂのそれぞれは、各駆動時間決定信号端子６００、６０１から入力された別個の駆動時間（駆動パルス）で駆動される。そのため、記録素子４００ａ、４００ｂのそれぞれを適正な駆動時間で動作させることができ、したがって、適正な吐出動作を行うことができるものとなる。

（駆動電圧を分割した構成）
図６に示す回路は、各記録素子４００ａ、４００ｂに供給する駆動電圧（電源電圧）を分割したものであり、図５の構成では１つであった電源供給端子６１０に代えて２つの電源供給端子６１０ａ、６１０ｂを有している。第１の電源供給端子６１０ａは第１の記録素子４００ａに駆動電圧を供給し、第２の電源供給端子６１０ｂは第２の記録素子４００ｂに駆動電圧を供給するように構成されている。なお、図６に示す回路では、図５の構成では２つであった駆動時間決定信号端子６００、６０１に代えて共通の駆動時間決定信号端子６０２が設けられている。その他の構成要素については図５の構成と同様であり、同一機能の要素には図５と同一符号を付して示している。

このように構成された回路では、各記録素子４００ａ、４００ｂに対し、電源供給端子６１０ａ、６１０ｂのそれぞれから別個の駆動電圧が供給される。そのため、記録素子４００ａ、４００ｂのそれぞれを適正な駆動時間で動作させることができ、したがって、適正な吐出動作を行うことができるものとなる。

（駆動パルスと駆動電圧との双方を分割した構成）
以上、図５、図６を参照して２つの回路構成の例について説明したが、図７に示すように、これらを組み合わせることも可能である。図７に示す回路は、２つの駆動時間決定信号端子６００、６０１と、２つの電源供給端子６１０ａ、６１０ｂとを有している。これにより、２つずつ配置された駆動時間決定信号端子６００、６０１および電源供給端子６１０ａ、６１０ｂを利用してより精密な駆動制御を行うことができるようになっている。
（第２の実施形態）
図８は、本発明の記録ヘッドの第２実施形態を説明するために、記録ヘッドを吐出口面側から見た透視平面図であり、記録ヘッドの記録素子周辺を部分的に示している。

図８（ａ）に示す記録ヘッドは、インク供給口５００の一方側に上述した記録ヘッド１０１と同様の１２００ｄｐｉの配置密度の吐出口群９００ｂを備えている。インク供給口５００の他方側には、比較的大きな開口面積で形成された吐出口１００ｃからなる吐出口群９００ｃを備えている。吐出口１００ｃはインク供給口５００の長手方向に沿って一列に配置され、また、各吐出口１００ｃには比較的大きな幅寸法で形成されたインク流路３００ｃを介してインクが供給されるように構成されている。インク流路３００ｃ内に配置された記録素子４００ｃはその外形形状が略正方形となっており、かつ、その面積も記録素子４００ａ、４００ｂのいずれの面積よりも大きく形成されている。

このように構成された図８（ａ）の記録ヘッドでは、高解像度が優先的に要求される画像の形成に際しては吐出口群９００ｂが主として利用される。一方、低解像度であって高速な記録が優先的に要求される画像の形成に際しては吐出口群９００ｃが主として利用される。このような手法により、高画質記録と高速記録との双方に対応することが可能となる。

図８（ｂ）の記録ヘッドは、上述した記録ヘッド１０１における第２の吐出口１００ｂ、第２の記録素子４００ｂ、第２のインク流路３００ｂに代えて、第３の吐出口１００ｄ、第３の記録素子４００ｄ、第３のインク流路３００ｄを設けたものである。

ここで、第３の吐出口１００ｄは第２の吐出口１００ｂよりも小さく形成されており、また、第３の記録素子４００ｄも第２の記録素子４００ｂよりも小さく形成されている。第３の吐出口１００ｄの外形形状は円形であり、第３の記録素子４００ｄの外形形状は略正方形となっている。

このように、階調記録を行うために径の異なる吐出口を有するヘッドの場合、吐出口径の小さい吐出口（小吐出口）１００ｄに対応する発熱体４００ｄが、吐出口径の大きい吐出口（大吐出口）１００ｂに対応する発熱体４００ｂより小さいことになる。したがって、発熱抵抗体の観点から見て、奥側の発熱抵抗体の縦横比（アスペクト比）を１に近づけるためには、本実施形態のように、奥側の吐出口の方が、吐出口径が小さい方が望ましい。ここで、小吐出口に対応する流路は大吐出口に対応する流路に比べて同じ吐出周波数ならリフィル量が少なくてすむため、奥側の吐出口が小吐出口となることで、全体でのリフィル周波数の向上につながるという効果がある。

このように構成された図８（ｂ）の記録ヘッドによれば、第１の吐出口１００ｄからの吐出量が第１の吐出口１００ａからの吐出量よりも少ない。しかし、記録素子４００ｄが略正方形に形成されているため、上記記録ヘッド１０１同様、第３の吐出口１００ｄからの吐出動作が安定化するという作用効果を得ることができる。

ここで、図８（ｂ）に示すように、吐出口径の異なるノズルを交互に配置する場合の、本発明を適用可能な具体的な吐出量について補足する。

階調記録を実現するためには、大吐出口の吐出量（大吐出量）が、小吐出口の吐出量（小吐出量）に対して２倍以上のコントラストがあることが望ましい。隣接するノズルのピッチが１２００ｄｐｉの場合、隣接するノズルの、流路の中心線同士の間隔は２１μｍとなる。この間隔に、奥側の吐出口のための流路と、手前側の記録素子と、それらを仕切るための壁とが構成される。

吐出量はヒータの面積にも依存するため、上述の制限によりヒータの幅に制約がある関係上、本実施形態での手前側の大吐出口の吐出量の上限は２ｐｌ程度である。奥側の小吐出口の吐出量は、小吐出口の流路幅が十分確保できないため１ｐｌ程度が上限であり、バランス的には０．６ｐｌ程度が望ましい。一方、手前側の大吐出口の吐出量を例えば１ｐｌ程度とした場合、奥側の小吐出口の吐出量は、約０．６ｐｌ以下であればよい。しかし、吐出量が極端に小さいと、着弾精度等の問題があるため、この場合も０．６ｐｌ程度が望ましい。このような点を考慮すると、本実施形態において、奥側の小吐出口の吐出量は、誤差も考慮して０．４ｐｌ〜１．０ｐｌが好ましい。これにより、大吐出量とのコントラストを確保しつつ、インク流路の長さの相違に関わらず吐出口の吐出特性をそろえることができる。

以上説明したような本発明の一例による記録ヘッドはいずれも、インクジェット記録の分野において一般的なプリンタ装置に搭載して使用可能である。また、プリンタ装置の他にも、例えば複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリント部を有するワードプロセッサ、さらには各種処理装置と複合的に組み合わされた産業用の記録装置にも搭載可能である。上記一般的なプリンタ装置としては、例えば、被記録媒体を搬送する搬送手段、記録ヘッド保持するヘッド保持手段、および、これら搬送手段およびヘッド保持手段の駆動制御などを行う制御手段を備えたものであってもよい。ヘッド保持手段は、記録ヘッドを、その吐出口が上記被記録媒体に対向するように保持すると共に、被記録媒体の幅方向（搬送方向に直交する方向）に往復走査させるものである。

また、本発明は、インクを吐出して記録を行う記録ヘッドに限らず、記録以外の分野（例えばカラーフィルタの製造や回路パターンの描画など）において、発熱抵抗体からなる記録素子を用いて液体を吐出する液体吐出ヘッドにおいても適用できる。

本発明の記録ヘッドの第１実施形態を模式的に示す斜視図である。 図１の記録ヘッドを吐出口面側からみた透視平面図であり、記録ヘッドの記録素子周辺を部分的に示している 図２に示された２種類のインク流路およびその周辺構造を拡大して示す透視平面図である。 記録素子の具体的な構成を示す図であり、図４（ａ）は記録素子を構成する配線パターンを示す上面図であり、図４（ｂ）は図２（ａ）中のＡ−Ａ切断線およびＢ−Ｂ切断線のそれぞれにおける断面図である。 駆動パルスを分割した回路構成を示すブロック図である。 駆動電圧を分割した回路構成を示すブロック図である。 駆動パルスと駆動電圧との双方を分割した回路構成を示すブロック図である。 本発明の記録ヘッドの第２実施形態を示す透視平面図である。 従来の記録ヘッドの構成を示す透視平面図である。 吐出口を千鳥状に配置した記録ヘッドの構成を示す透視平面図である。

符号の説明

１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ 吐出口
１０１ 記録ヘッド
１１０ Ｓｉ基板
３００、３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ インク流路
４００、４００ａ、４００ｂ、４００ｃ、４００ｄ 記録素子
５００ インク供給口
９００、９００ａ、９００ｂ、９００ｃ、９００ｄ 吐出口群

Claims (5)

1. 液体を吐出する複数の吐出口と、それぞれが前記各吐出口に連通した複数の流路と、基板に形成され前記各流路に液体を供給する供給口と、前記基板上に形成された発熱抵抗体から構成され前記それぞれの流路内であって前記吐出口に対向する位置に配置された複数の記録素子とを有し、
   前記複数の吐出口は、前記供給口の少なくとも片側で、前記供給口からの距離が相対的に小さい第１の吐出口と相対的に大きい第２の吐出口とを含むように千鳥状に配置され、かつ、前記複数の記録素子が、前記第１および第２の吐出口に対応して第１の記録素子と第２の記録素子を含むように構成されており、
   前記第１及び第２の記録素子の、流路方向に直交する方向を基準としたアスペクト比が、前記第２の記録素子のアスペクト比が前記第１のアスペクト比よりも小さく、
   前記第１および第２の吐出口から吐出される液滴の量が同一であり、
   ０．９５＞第２の記録素子の面積／第１の記録素子の面積＞０．６０、かつ、
   第２の記録素子のアスペクト比／第１の記録素子のアスペクト比＜０．９５
   を満たす液体吐出ヘッド。
2. 前記複数の流路が、前記第１の記録素子が配置された第１の流路と前記第２の記録素子が配置された第２の流路とを含み、前記第２の流路のうち、前記第１の記録素子同士の間に位置している部位の幅寸法が、前記第１の記録素子の幅寸法と同一またはそれ未満の寸法に形成されている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記供給口の両側に、それぞれ前記第１および第２の吐出口からなる２つの吐出口群を有し、一方側の前記吐出口群と他方側の前記吐出口群とは、前記吐出口の配置ピッチの半分の距離だけ相対的にずれて配置されている、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記各記録素子に駆動電圧を供給する電源供給手段と、前記各記録素子の通電状態を切換える機能を備えたドライバと、前記ドライバを選択的に駆動するためのロジック回路とをさらに有し、
   前記ロジック回路は、前記各記録素子の駆動時間に関する信号を前記ドライバに出力するための駆動時間決定信号手段を、前記第１および第２の記録素子ごとに別個に備えている、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記各記録素子に駆動電圧を供給する電源供給手段と、前記各記録素子の通電状態を切換える機能を備えたドライバと、前記ドライバを選択的に駆動するためのロジック回路とをさらに有し、
   前記電源供給手段は、前記第１および第２の記録素子ごとに別個に設けられている、請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。

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