JPH05104720A

JPH05104720A - インクジエツト記録ヘツドおよび記録装置

Info

Publication number: JPH05104720A
Application number: JP26947191A
Authority: JP
Inventors: Genji Inada; 源次稲田; Shinichi Hirasawa; 伸一平澤; Hiroyuki Maeda; 浩行前田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-10-17
Filing date: 1991-10-17
Publication date: 1993-04-27
Anticipated expiration: 2015-09-04
Also published as: JP3083887B2

Abstract

(57)【要約】【目的】インク滴を吐出させるための熱エネルギーを発
生するための電気熱変換体のエネルギー効率を向上さ
せ、かつ記録動作の安定化を実現する。【構成】吐出口１０２とヒーター１０５の供給口側端１
０５Ａとの間のインク流路１０９内に、最大幅Ｗの最大
断面積部分を形成し、吐出口１０２から供給口１０３に
向う方向でのインク流路１０９の断面積の変化勾配をヒ
ーター１０５の供給口側端１０５Ａの部分において負と
し、流体抵抗素子部１１０から供給口１０３に向ってイ
ンク流路１０９の断面積を拡大させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱エネルギーを利用し
て吐出口からインク滴を吐出させるインクジェット記録
ヘッドおよびその記録ヘッドを用いて記録を行なうイン
クジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱エネルギーを利用してインク滴を吐出
するインクジェット記録ヘッドは、電気熱変換体（以
下、「ヒータ」という）から発生する熱エネルギーをそ
のヒータの熱作用面からインクに作用させて、そのイン
クを気化して気泡を発生させ、その圧力エネルギーによ
り吐出口からインク滴を飛翔させて記録を行なうように
なっている。

【０００３】このような方式による記録は、インク滴を
形成するための吐出口を高密度に配列することができる
ため、高解像度が得られることなどの特徴がある。

【０００４】しかしながら、吐出口を高密度に配列する
場合には、必然的に吐出口１つ当りのノズル幅を小さく
する必要が生じる。それに伴い、ノズル内のスペースが
狭くなるため、ノズル内に配置できるヒーターも小さな
ものに限定され、ノズル内のインクを吐出させるために
供給されるエネルギーも小さくなってしまう。また、同
時に、ノズル内のインク流れの抵抗を表わすインピーダ
ンスが高くなるため、インク滴を吐出した後に再びイン
クがインク供給口からノズル内に充填されるために要す
る時間（以下、「リフィル時間」という）が長くなり、
記録の高速度化を阻害する原因ともなる。

【０００５】また、ヒーターの熱作用面（以下、「ヒー
ター面」という）上に形成されてインク滴の吐出に寄与
する泡とは別に、微小な泡が発生し、その微小な泡が吐
出口や供給口より排出されずにヒーター面上やヒーター
近傍のノズル内に残り、その残留泡によって安定したイ
ンク滴の吐出が行なえなくなるおそれがあった。

【０００６】さらには、吐出口の高密度化に伴ってノズ
ル幅の絶対値を小さくした場合、特に、ヒーターから吐
出口方向への圧力エネルギー伝達の割合を高めるために
供給口のオリフィス幅を狭めた場合には、ノズル幅やノ
ズル壁の厚さとノズル高さの比（アスペクト比）が大き
くなり、ノズルの加工が極めて困難になることがあっ
た。

【０００７】以上の問題に対しては、単に、ノズルのイ
ンピーダンスを下げる方法として、ノズル長を短くする
ことが考えられる。また、同一の大きさのインク滴の吐
出に対するヒーターのエネルギー効率を高める手段とし
ては、例えば、特開平１−１９５０５０号，および特開
平１−１８７３５６号公報に開示されたノズル形状が知
られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、単に、
ノズルの長さを短くした場合には、リフィル時間を短縮
することはできるものの、インク滴の吐出速度および体
積が減少し、安定した記録が行なえなくなるという問題
がある。さらに、短いノズル構造では、インク滴の吐出
の際にノズルの供給口を通して各ノズル共通の液室に伝
わる圧力エネルギーによって、隣接ノズルの吐出に悪影
響を及ぼすクロストーク現象が発生する場合があった。

【０００９】また、特開平１−１８７３５６号公報に開
示されている方法は、ヒーターのエネルギー効率は良く
なるがマルチノイズ化に限界があった。すなわち、その
開示内容によれば、インクの供給口と吐出口との間のイ
ンク流路の断面積が吐出口側に近ずくほど大きくなるた
め、それに伴って、隣合うノズルを隔てる壁は必然的に
薄くなる。ところが、その壁を薄くしすぎた場合には、
強度が不足したり泡の圧力が隣のノズルに伝わってイン
クの吐出に悪影響を及ぼすことになるため、吐出口の高
密度化，およびマルチノズル化の障害となるという問題
があった。

【００１０】さらに、特開平１−１９５０５０号公報の
開示内容によれば、熱エネルギー作用部近傍の天井をそ
れ以外の部分より高くしたことにより、インク流路が気
泡によって遮断されないようにして、記録液の充分な補
給とインク吐出の安定化を図っている。しかしながら、
このように熱エネルギー作用部近傍の天井を部分的に高
くしただけでは、ヒーターのエネルギー効率を充分に上
げることができなかった。

【００１１】本発明の目的は、上記の従来の問題を解消
して、吐出口の高密度化およびマルチノズル化と共に、
記録動作の安定化を実現し、しかも電気熱変換体のエネ
ルギー効率を向上させることができるインクジェット記
録ヘッドおよび記録装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
記録ヘッドは、インク滴を吐出するために設けられた複
数の吐出口と、該吐出口のそれぞれに連通する複数のイ
ンク流路と、該インク流路のそれぞれにインクを供給す
るための複数の供給口と、前記インク流路のそれぞれに
設けられて前記吐出口のそれぞれからインク滴を吐出さ
せるための熱エネルギーを発生する複数の電気熱変換体
とを具備してなるインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記吐出口と前記電気熱変換体の前記供給口寄り端部と
の間に形成されて前記インク流路の断面積を極大とする
拡径部と、前記インク流路の前記吐出口から前記供給口
に向う方向での断面積の変化勾配を前記電気熱変換体の
前記供給口寄り端部位置において負とする供給口側縮径
部と、前記供給口と前記供給口側縮径部との間の前記イ
ンク流路の断面積を前記供給口に向って拡大させる拡径
部とを有することを特徴とする。

【００１３】本発明の記録装置は、インク滴を吐出する
ために設けられた複数の吐出口と、該吐出口のそれぞれ
に連通する複数のインク流路と、該インク流路のそれぞ
れにインクを供給するための複数の供給口と、前記イン
ク流路のそれぞれに設けられて前記吐出口のそれぞれか
らインク滴を吐出させるための熱エネルギーを発生する
複数の電気熱変換体とを具備してなるインクジェット記
録ヘッドを有し、該インクジェット記録ヘッドによって
記録媒体上への記録を行なう記録装置において、前記吐
出口と前記電気熱変換体の前記供給口寄り端部との間に
形成されて前記インク流路の断面積を極大とする拡径部
と、前記インク流路の前記吐出口から前記供給口に向う
方向での断面積の変化勾配を前記電気熱変換体の前記供
給口寄り端部位置において負とする供給口側縮径部と、
前記供給口と前記供給口側縮径部との間の前記インク流
路の断面積を前記供給口に向って拡大させる拡径部とを
有することを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明によれば、インク液路の最大断面積部分
において、電気熱変換体の熱によって発生した気泡を成
長させ、またインク流路の供給口側に向ってインク流路
の断面積の変化勾配が負となる部分において、インク吐
出時に供給口に向って流れようとするインクの流動抵抗
を大とし、さらに、インク流路から供給口に向ってイン
ク流路の断面積が拡大する部分において、インク吐出時
に供給口側に伝播する圧力を粘性損失により減少させ
る。

【００１５】そして、このことにより、電気熱変換体の
エネルギー効率を向上させて、記録動作の安定化を実現
する。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。

【００１７】「第１の実施例」図１から図４は、インク
ジェット記録ヘッドの第１の実施例を説明するための図
である。

【００１８】本実施例のインクジェット記録ヘッドは、
図１に示すように、基板１０４上に隔壁１０７を一定の
間隔をおいて複数形成し、それらの隔壁１０７間におけ
る基板１０４上のそれぞれにヒーター１０５を設け、さ
らに、それらの隔壁１０７の上に天板１０６をかぶせた
構成とされている。これらの隔壁１０７，基板１０４，
および天板１０６で囲まれた空間がノズル１０１とさ
れ、後述するように、共通液室１０８内のインクが、供
給口１０３からインク液路１０９を通って吐出口１０２
から吐出されるようになっている。

【００１９】図２は基板１０４の平面図であり、ヒータ
ー１０５の周囲のインク流路１０９部分は、ヒーター１
０５から供給口１０３までの間の（以後、「ヒーター後
方ノズル部」という）におけるインクの流れ現象，つま
りインクの吐出時にはヒーター１０５から供給口１０３
へ向けてインクが速く流れ、インクの供給時には供給口
１０３からヒーター１０５へ向けてインクの吐出時より
もゆっくりインクが流れる現象を考慮した構造になって
いる。

【００２０】すなわち、ヒーター１０５の発泡中心付近
を含むヒーター後方ノズル部ではインク吐出時には、ヒ
ーター１０５から供給口１０３へ向けて狭まる管構造と
したインク流路１０９内をインクが大きな速度で流れよ
うとするため、そのインクの流動抵抗としてのインピー
ダンスは大となる。それに対して、リフィル時には、供
給口１０３からヒーター１０５側へ向けて広がる管構造
としたインク流路１０９内をインクが流れるため、流動
抵抗としてのインピーダンスは小となり、インクの供給
が速やかに行われることとなる。このように、ヒーター
１０５の供給口側端（供給口寄り端部）１０５Ａ近傍の
ノズル内では、吐出口１０２側から供給口１０３側へ向
う方向でのノズル断面積の変化勾配が負，つまり吐出口
１０２側から供給口１０３側に向って狭まる管構造とな
っている。

【００２１】一方、ヒーター１０５から吐出口１０２ま
での間のインク流路１０９の内部（以後、「ヒーター前
方ノズル部」という）の形状は、以下の理由により決定
されている。

【００２２】まず、吐出口１０２に関しては、インクジ
ェット記録ヘッドの要求仕様を満たす吐出体積のインク
滴を高速で飛翔させかつメニスカスを安定に保持できる
ように、ヒーター１０５から吐出口１０２へ向う方向に
おいて、メニスカスを保持する部分までを絞り管形状と
する。また、図中の吐出口１０２から距離ｌ₁ 内に配置
されたヒーター１０５の供給口側端１０５Ａと、吐出口
１０２との間において、ノズル幅を極大値Ｗとする最大
拡径部を有する構造を採用してヒーター１０５からノズ
ル側壁までの距離を大きくし、ヒーター１０５から発生
する発泡エネルギーが、インク中に生じる泡の周囲のイ
ンク抵抗によって損われないようにする。

【００２３】図４（ａ）および（ｂ）は、図２の本実施
例の記録ヘッドおよび図３の従来の記録ヘッドのそれぞ
れによって泡を成長させた様子を示している。なお、図
２および図３のそれぞれの記録ヘッドは、説明を容易と
するために双方ともノズル高さを一定とした。図３の従
来の記録ヘッドの場合は、図４（ｂ）に示すように、泡
４０９が周囲のインク抵抗によって、いわゆるひょうた
ん型に変形する。一方、本実施例の場合は、図４（ａ）
に示すように、泡４０９がヒーター１０５の形に近似し
た形状に成長し、ヒーター１０５の発泡エネルギーが損
われにくいことが分る。

【００２４】また、供給口１０３およびその近傍のノズ
ル幅を減少させることは、前述したクロストーク現象の
原因となる圧力エネルギーの共通液室１０８への伝播を
防止することになるため、その供給口１０３の幅Ｗｂ₀
は小さく設定することが効果的である。

【００２５】また、ノズル幅の最小値は、前述したノズ
ル製法上のアスペクト比の制約によって決まる。本実施
例においては、ノズル幅が小さい場合でも、同じノズル
幅で連続する部分のノズル長さが小さい場合には、局所
的にアスペクト比を大きくとれることに注目し、供給口
の幅Ｗｂ_O は、クロストーク現象を防止できる程度に小
さくすると共に、その幅Ｗｂ_O で連続する部分のノズル
長ｌ₄ を十分に小さく設定して、幅Ｗｂ_O を小さく形成
できるようにしている。

【００２６】ところで、インクの吐出に寄与する泡の形
成から消滅までの間に、ヒーター１０５近傍のノズル内
には、その泡とは分離して、その泡の消滅とともには消
滅しない微小な泡（以下、「微小泡」という）が発生す
る場合があり、この微小泡は、好ましくはインク滴の吐
出と共に排出されるべき残留泡の発生原因となる。この
ような微小泡は、ヒーター１０５の周囲でノズル幅が極
大となる本実施例のようなノズル構造を採用した場合に
は、排出されずにノズル内に滞留しやすくなる。そこ
で、さらに本実施例では、供給口１０３付近のノズル幅
を減少させること、およびヒーター１０５の供給口側端
１０５Ａと供給口１０３との間のノズル幅を流体抵抗素
子部１１０によって部分的に減少させることにより、微
小泡が吐出口１０２の方向へ移動する際の抵抗を相対的
に低下させ、その微小泡をインク滴の吐出と共に吐出口
１０２から積極的に排出させることとしている。また、
流体抵抗素子部１１０は、その流体抵抗素子部１１０の
供給口１０３側においてノズル幅を急拡大する急拡大部
（拡径部）を形成し、この急拡大部により、インクの吐
出時に共通液室１０８内へ伝播する圧力を減少させて、
前述したクロストーク現象を防止することにもなる。

【００２７】また、供給口１０３近傍のノズル抵抗は、
既に述べた理由から決まるノズル幅Ｗｂ_O によって定ま
るため、所定の吐出特性を得るためのノズルの設計自由
度を確保するためには、流体抵抗素子部１１０の配着部
位のノズル長ｌ₅ を大きく取ることが望ましい。そのた
めには、アスペクト比等のノズル製法上の制約から、流
体抵抗素子部１１０によって制約されるノズル幅Ｗｂ
が、Ｗｂ＞Ｗｂ_O となる関係を満たすことが必要とな
る。

【００２８】次に、本実施例の記録ヘッドと図３の従来
の記録ヘッドのそれぞれのノズル構造をノズル製造の見
地から比較する。

【００２９】ここでは、一例として、双方のノズル構造
をノズル配列ピッチが６３．５μｍ，ノズル高さが２０
μｍとして、感光性樹脂（東京応化、ＯＰ−１：商品
名）を用いたフォトリソグラフィー加工で形成した。そ
して、図２の本実施例のノズル構造では、ｌ₁ ＝８０μ
ｍ，ｌ₂ ＝１２０μｍ，およびｌ₃ ＝３０μｍとし、図
３の従来のノズル構造では、ｌ′＝２５０μｍとした。
この場合、図２の本実施例の構造では、Ｗ＝５５μｍま
ではインク滴の吐出に悪影響を与えず解像が可能であ
り、一方、図３の従来の構造では、Ｗ′＝４０μｍまで
解像が可能であった。しかし、前者の本実施例の構造の
方がヒーター１０５の周囲に広いスペースを得ることが
できるため、結局、大きさ，形状などの点で本実施例の
構造の方がヒーター１０５の設計自由度を高めることが
できた。また、図２の本実施例においては、ヒーター後
方ノズル部では、Ｗｂ_O ＝８μｍ，ｌ₄ ≦５μｍとして
も解像が可能であり、また流体抵抗素子１１０の部位で
は、Ｗｂ＝１６μｍのときｌ₅＝２０μｍでも安定にノ
ズル形成可能であり、ヒーター後方ノズル部での抵抗を
高めて、ノズル内の泡を吐出口１０２より排出して残留
泡の付着を防止できた。

【００３０】また、インク滴吐出時のヒーター１０５へ
の投入エネルギーと、吐出口１０２より吐出したインク
滴のもつ運動エネルギーの比によってインクジェット記
録ヘッドの吐出効率を測定したところ、図３の従来のノ
ズル構造での吐出効率を１．０とした場合、図２の本実
施例のノズル構造では、吐出効率が１．５から２．５と
なって、泡の圧力エネルギーがインク滴の吐出に寄与す
る率が高まることが確認できた。

【００３１】結局、本実施例のノズル構造は、下記Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄ，およびＥの条件を満たすことによって、ヒ
ーター１０５へ投入されるエネルギーのインク滴の吐出
に寄与する率を高めるとともに、ノズルの残留泡付着防
止、およびクロストーク防止等効果を得ることができ
た。

【００３２】Ａ．ヒーター１０５の供給口側端１０５Ａ
と供給口１０３との間において、供給口１０３がこの区
間におけるノズル断面積の最小値をとる。

【００３３】Ｂ．ヒーター１０５の吐出口側端１０５Ｂ
と吐出口１０２との間において、吐出口１０２がこの区
間におけるノズル断面積の最小値をとる。

【００３４】Ｃ．吐出口１０２から供給口１０３へ向う
方向でのノズル断面積の変化勾配が、ヒーター１０５の
供給口側端１０５Ａにおいて負である。

【００３５】Ｄ．ヒーター１０５の供給口側端１０５Ａ
と吐出口１０２との間において、Ｓ＞Ｍａｘ（Ｓｂ_O ，
Ｓｆ_O ）を満たすノズル断面積Ｓを有する。

【００３６】ここで、Ｓｆ_O は吐出口１０２でのノズル
断面積，Ｓｂ_O は供給口１０３でのノズル断面積であ
る。

【００３７】Ｅ．ヒーター１０５の供給口側端１０５Ａ
と供給口１０３との間に流体抵抗素子部１１０を有し、
該流体抵抗素子部１１０の配置部位のノズル断面積の最
小値ＳｂがＳ_b ＞Ｓｂ_O である。

【００３８】「第２の実施例」図５は、インクジェット
記録ヘッドの第２の実施例を説明するための図である。

【００３９】本実施例の場合は、ノズル幅とノズル高さ
の双方を変えることによって、前述した第１の実施例と
同様にノズル断面積を変化させている。

【００４０】「第３の実施例」図６から図９は、インク
ジェット記録ヘッドの第３の実施例を示す。なお、前述
した第１の実施例と同様の部分には同一符号を付して説
明を省略する。

【００４１】本実施例では、ヒーター１０５から供給口
１０３までの間のヒーター後方ノズル部は、前述した実
施例と同様に、そのヒーター後方ノズル部におけるイン
クの流れ現象を考慮した構造としている。すなわち、ヒ
ーター１０５の供給口側端（供給口寄り端部）１０５Ａ
近傍のノズル内では、吐出口１０２側から供給口１０３
側に向う方向でのノズル断面積の変化勾配が負，つまり
吐出口１０２側から供給口１０３側に向って狭まる管構
造となっている。

【００４２】また、ヒーター１０５から吐出口１０２ま
での間のヒーター前方ノズル部において、吐出口１０２
に関しては、前述した実施例と同様に、インクジェット
記録ヘッドの要求仕様を満たす吐出体積のインク滴を高
速で飛翔させかつメニスカスを安定に保持できるよう
に、ヒーター１０５から吐出口１０２へ向かう方向にお
いて、メニスカスを保持する部分までを絞り管形状とし
ている。また、前述した実施例と同様に、図７中の吐出
口１０２から距離ｌ₁ 内に配置されたヒーター１０５の
供給側端１０５Ａと、吐出口１０２との間において、ノ
ズル幅を極大値Ｗとする最大拡径部を有する構造を採用
してヒーター１０５からノズル側壁までの距離を大きく
し、ヒーター１０５から発生する発泡エネルギーが、イ
ンク中に生じる泡の周囲のインク抵抗によって損われな
いようにしている。

【００４３】図８は、本実施例の記録ヘッドによって泡
を成長させた様子を示し、泡４０９がヒーター１０５の
形に近似した形状に成長して、ヒーター１０５の発泡エ
ネルギーが損われにくいことが分かる。

【００４４】ところで、インクの吐出に寄与する泡の形
成から消滅までの間に、ヒーター１０５近傍のノズル内
には、その泡とは分離して、その泡の消滅とともには消
滅しない微小な泡（以下、「微小泡」という）が発生す
る場合があり、この微小泡は、好ましくはインク滴の吐
出と共に排出されるべき残留泡の発生原因となる。この
ような微小泡は、ヒーター１０５の周囲でノズル幅が極
大となる本実施例のようなノズル構造を採用した場合に
は、排出されずにノズル内に滞留しやすくなる。そこ
で、本実施例では、ヒーター１０５の供給口側端１０５
Ａと供給口１０３との間に、ノズル幅を極小値Ｗｂとす
る絞り部１２０を設けることにより、微小泡が吐出口１
０２方向へ移動する際の抵抗を相対的に低下させ、その
微小泡を積極的に吐出口１０２からインク滴の吐出とと
もに排出させるようにした。この結果、残留泡の発生を
防止できた。

【００４５】また、その絞り部１２０では、発泡が最も
小さい場合、つまり成長した泡の幅がヒーター１０５の
幅に等しい場合でも上記微小泡の排出を行うために、そ
の形状をＷｂ≦Ｗ₂ ，さらに好ましくはＷｂ＜Ｗ₂ とし
た。これらの寸法関係は、発明者の検討の結果判明した
ことであり、このことは、発明者が行った実験，すなわ
ち絞り部１２０のノズル幅Ｗｂのみを変えて他の部分の
形状を同一とした場合の残留泡の付着頻度を調べた下表
１の結果からも明らかである。

【００４６】

【表１】

【００４７】さらに、本実施例では、ノズル幅Ｗｂの絞
り部１２０を通して共通液１０８内に伝わってクロスト
ーク現象の原因となる圧力エネルギーを減衰するため
に、絞り部１２０と供給口１０３との間を前者側から後
者側に向かって広がる管構造としている。従って、絞り
部１２０は、その絞り部１２０の供給口１０３側におい
てノズル幅を拡大する拡大部（拡径部）を形成し、この
拡大部により、インクの吐出時に共通液室１０８内へ伝
播する圧力を減少させて、前述したクロストーク現象を
防止することになる。

【００４８】また、リフィル時におけるインク流れのイ
ンピーダンスが大きくならないように、Ｗｂ＜Ｗｂ_O と
なっている。これに対し、仮に、図９（ａ）に示すよう
に、Ｗｂ≧Ｗｂ_O とした場合には、ノズル幅Ｗｂの絞り
部１２０と供給口１０３との間は、実質的には、ヒータ
ー後方ノズル部のリフィル時のインピーダンスが大きな
図９（ｂ）と同じ構造になってしまう。Ｗｂ≪Ｗｂ_O と
することにより、リフィル時のインクの流れはほぼノズ
ル幅Ｗｂによって決まり、同時にインクの吐出時および
リフィル時共にインピーダンスは大きくならない。

【００４９】下表２は、図７に示した本実施例のノズル
構造を用いた場合のインク滴の吐出特性と、その比較例
として前述した図３の従来のノズル構造を用いた場合の
インク滴の吐出特性とを示す。ここで、Ｅはヒーターの
投入エネルギー，Ｍは飛翔するインク滴のもつ運動エネ
ルギー，

【００５０】

【外１】

【００５１】はＭ／Ｅで表わされるエネルギー効率であ
る。この表２より、本実施例によって比較例よりも高い
エネルギー効率の吐出がなされていることが分かる。

【００５２】

【表２】

【００５３】次に、本実施例の記録ヘッドと前述した図
３の記録ヘッドのそれぞれのノズル構造を製造プロセス
の見地から比較する。

【００５４】ここでは、一例として、ノズル配列ピッチ
が６３．５μｍ，ノズル高さ２０μｍのノズル構造を感
光性樹脂（東京応化、ＯＰ−１：商品名）を用いたフォ
トリソグラフィー加工で形成した結果を説明する。図７
の本実施例の構造では、ｌ₁＝１９０μｍ，ｌ₃ ＝９０
μｍとし、図３の従来の構造ではｌ′＝４００μｍとし
た場合、本実施例の構造ではＷ＝５５μｍまで吐出に悪
影響を与えない形状に解像可能であったが、図３の従来
の構造ではＷ′＝４０μｍまで解像可能であるのみであ
った。そのため、本実施例の構造の方がヒーター１０５
周囲に広いスペースを得ることができ、ヒーター１０５
の設計自由度を高めることができた。

【００５５】結局、本実施例のノズル構造は、下記Ｆ，
ＧおよびＨの条件を満たすことによって、ヒーター１０
５へ投入されるエネルギーのインク滴吐出に寄与する率
を高めるとともに、ノズルの残留泡付着防止，およびク
ロストーク防止当の効果を得ることができた。

【００５６】Ｆ．ヒーター１０５の供給口側端１０５Ａ
と供給口１０３との間において、Ｓｂ≦Ｓ₂ かつＳｂ＜
Ｓｂ_O となるノズル断面積Ｓｂを有する。

【００５７】ここで、Ｓ₂ は供給口側端１０５Ａでのノ
ズル断面積，Ｓｂ_O は供給口１０３でのノズル断面積で
ある。

【００５８】Ｇ．吐出口１０２から供給口１０３へ向う
方向でのノズル断面積の変化勾配が、ヒーター１０５の
供給口側端１０５Ａにおいて負である。

【００５９】Ｈ．ヒーター１０５の供給口側端１０５Ａ
と吐出口１０２との間において、Ｓ＞Ｍａｘ（Ｓｂ，Ｓ
ｆ_O ）を満たすノズル断面積Ｓを有する。

【００６０】ここで、Ｓｆ_O は吐出口１０２でのノズル
断面積である。

【００６１】「第４の実施例」図１０は、本発明のイン
クジェット記録ヘッドの第４の実施例を示す。

【００６２】本実施例の場合は、供給口１０３のノズル
幅Ｗｂ_O をノズルピッチと等しく、すなわち、供給口に
おいてノズル断面積を最大とすると共に、吐出口１０２
をノズル幅Ｗｆ_O のまま延長させた構造となっている。

【００６３】「第５の実施例」図１１は、インクジェッ
ト記録ヘッドの第５の実施例を示す。

【００６４】本実施例の場合、ヒーター１０５の供給口
側端１０５Ａにおいては、前述した実施例と同様に、吐
出口１０２から供給口１０３へ向う方向でのノズルが狭
まり管構造となっている。しかし、本実施例の場合は、
ヒーター後方ノズル部では供給口１０３以外に絞り部が
なく、その代わりに、ヒーター前方ノズル部にノズル幅
を極小値Ｗｆとする絞り部１２１が形成されている。そ
の絞り部１２１は、インク吐出時の泡の圧力エネルギー
を利用して残留泡の原因となる微小泡をノズル内から供
給口１０３を通して共通液室１０８内へ排出する役割を
もつ。本実施例の構造において、泡の滞留防止のより高
い効果を得るためには、前述した図７の実施例の構造を
規定した際と同様のメカニズムによって、Ｗｆ≦Ｗ₁ で
あることが必要であり、さらにＷｆ＜Ｗ1 であることが
望ましい。

【００６５】したがって、本実施例のノズル構造は、下
記Ｉ，ＪおよびＫの条件を満たすことになる。

【００６６】Ｉ．ヒーター１０５の吐出口側端１０５Ｂ
と吐出口１０２との間において、Ｓｆ≦Ｓ₁ かつＳｆ＜
Ｓｆ_O となるノズル断面積Ｓｆを有する。

【００６７】ここで、Ｓ₁ は吐出口側端１０５Ｂでのノ
ズル断面積，Ｓｆ₀ は吐出口１０２でのノズル断面積で
ある。

【００６８】Ｊ．吐出口１０２から供給口１０３へ向う
方向でのノズル断面積の変化勾配が、ヒーター１０５の
供給口側端１０５Ａにおいて負である。

【００６９】Ｋ．ヒーター１０５の供給口側端１０５Ａ
と吐出口１０２との間において、Ｓ＞Ｍａｘ（Ｓｂ_O ，
Ｓｆ）を満たすノスル断面積Ｓを有する。

【００７０】ここで、Ｓｂ_O は供給口１０３でのノズル
断面積である。

【００７１】「第６の実施例」図１２は、インクジェッ
ト記録ヘッドの第６の実施例を示す。

【００７２】本実施例は、前述した図７と図１１の実施
例の特徴を組み合せて、ヒーター１０５と吐出口１０２
との間、およびヒーター１０５と供給口１０３との間の
位置に、それぞれ絞り部１２１および１２０を設けた構
成となっている。

【００７３】したがって、本実施例のノズル溝は、下記
Ｌ，Ｍ，ＮおよびＯの条件を満たすことになる。

【００７４】Ｌ．ヒーター１０５の供給口側端１０５と
供給口１０３との間において、Ｓｂ≦Ｓ₂ かつＳｂ＜Ｓ
ｂ_O となるノズル断面積Ｓｂを有する。

【００７５】ここで、Ｓ₂ は供給口側端１０５Ａでのノ
ズル断面積，Ｓｂ₀ は供給口１０３でのノズル断面積で
ある。

【００７６】Ｍ．ヒーター１０５の吐出口側端１０５Ｂ
と吐出口１０２との間において、Ｓｆ≦Ｓ₁ かつＳｆ＜
Ｓｆ_O となるノズル断面積Ｓｆを有する。

【００７７】ここで、Ｓ₁ は吐出口側端１０５Ｂでのノ
ズル断面積，Ｓｆ₀ は吐出口１０２でのノズル断面積で
ある。

【００７８】Ｎ．吐出口１０２から供給口１０３へ向う
方向でのノズル断面積の変化勾配が、ヒーター１０５の
供給口側端１０５Ａにおいて負である。

【００７９】Ｏ．ヒーター１０５の供給口側端１０５Ａ
と吐出口１０２との間において、Ｓ＞Ｍａｘ（Ｓｂ，Ｓ
ｆ）を満たすノズル断面積Ｓを有する。

【００８０】「第７の実施例」図１３は、インクジェッ
ト記録ヘッドの第７の実施例を示す。

【００８１】本実施例の場合は、ノズル幅およびノズル
高さの双方を変えることによって、ノズル断面積を変化
させる構造となっている。

【００８２】「記録装置としての実施例」図１４は上述
した各実施例に相当するインクジェット記録ヘッドの全
体を示し、この図の記録ヘッド１０は、インクタンクを
一体とした交換自在な形態のものとなっている。

【００８３】この記録ヘッド１０は、上述したように液
流路および共通液室を構成するための凹部（溝）を形成
した天板と、吐出エネルギーを発生するための電気熱変
換体およびこれに電気信号を供給するためのＡｌ配線等
が成膜技術によってＳｉ基板上に形成された基板とを接
合することによって構成される。

【００８４】また、図中６００は記録ヘッド本体１０に
隣接して配設されるサブインクタンクであり、このサブ
インクタンク６００および上記本体１０は蓋３００およ
び８００によって支持される。さらに、１０００はカー
トリッジ本体、１１００はカートリッジ本体の蓋部材で
ある。カートリッジ本体内部にはインクタンクが内蔵さ
れ、サブインクタンク６００に適宜インクを供給する。
以上の記録ヘッド本体１０とカートリッジ本体１０００
は、一体の記録ヘッドカートリッジ８０を構成してい
る。

【００８５】図１５は、カートリッジ８０を用いて構成
した記録装置を示す。

【００８６】この図１５の記録装置において、カートリ
ッジ８０は、押え部材８１によりキャリッジ５１の上に
固定されており、これらはシャフト２１に沿って長手方
向に往復動可能となっている。また、キャリッジ５１に
対する位置決めは、例えば蓋３００に設けた穴と、キャ
リッジ１５側に設けたダボ等により行うことができる。
さらに、電気的接続は配線基板に設けた接続パッドに、
キャリッジ５１上のコネクタを結合させればよい。

【００８７】記録ヘッドにより吐出されたインクは、記
録ヘッドと微少間隔をおいて、プラテン１９に記録面を
規制された記録媒体１８に到達し、記録媒体１８上に画
像を形成する。

【００８８】記録ヘッドには、ケーブル１６およびこれ
に結合する端子を介して適宜のデータ供給源により画像
データに応じた吐出信号が供給される。カートリッジ８
０は、用いるインク色等に応じて、１ないし複数個（図
では２個）を設けることができる。

【００８９】また、図１５において、１７はキャリッジ
５１をシャフト２１に沿って走査させるためのキャリッ
ジモータ、２２はモータ１７の駆動力をキャリッジ５１
に伝達するワイヤである。また、２０はプラテンローラ
１９に結合して記録媒体１８を搬送させるためのフィー
ドモータである。

【００９０】（その他）なお、本発明は、特にインクジ
ェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために
利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する手段
（例えば電気熱変換体やレーザ光等）を備え、前記熱エ
ネルギによりインクの状態変化を生起させる方式の記録
ヘッド、記録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
達成できるからである。

【００９１】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第４７２３１２９号明細書，同第４７４０
７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて
行うものが好ましい。この方式は所謂オンデマンド型，
コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特
に、オンデマンド型の場合には、液体（インク）が保持
されているシートや液路に対応して配置されている電気
熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を越える急
速な温度上昇を与える少なくとも１つの駆動信号を印加
することによって、電気熱変換体に熱エネルギを発生せ
しめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結
果的にこの駆動信号に一対一で対応した液体（インク）
内の気泡を形成できるので有効である。この気泡の成
長，収縮により吐出用開口を介して液体（インク）を吐
出させて、少なくとも１つの滴を形成する。この駆動信
号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が
行われるので、特に応答性に優れた液体（インク）の吐
出が達成でき、より好ましい。このパルス形状の駆動信
号としては、米国特許第４４６３３５９号明細書，同第
４３４５２６２号明細書に記載されているようなものが
適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関する
発明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載されて
いる条件を採用すると、さらに優れた記録を行うことが
できる。

【００９２】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口，液路，電気熱変換体
の組合せ構成（直線状液流路または直角液流路）の他に
熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示す
る米国特許第４５５８３３３号明細書，米国特許第４４
５９６００号明細書を用いた構成も本発明に含まれるも
のである。加えて、複数の電気熱変換体に対して、共通
するスリットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開示
する特開昭５９−１２３６７０号公報や熱エネルギの圧
力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を開示す
る特開昭５９−１３８４６１号公報に基いた構成として
も本発明の効果は有効である。すなわち、記録ヘッドの
形態がどのようなものであっても、本発明によれば記録
を確実に効率よく行うことができるようになるからであ
る。

【００９３】さらに、記録装置が記録できる記録媒体の
最大幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録
ヘッドに対しても本発明は有効に適用できる。そのよう
な記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合せによっ
てその長さを満たす構成や、一体的に形成された１個の
記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。

【００９４】加えて、上例のようなシリアルタイプのも
のでも、装置本体に固定された記録ヘッド、あるいは装
置本体に装着されることで装置本体との電気的な接続や
装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチ
ップタイプの記録ヘッド、あるいは記録ヘッド自体に一
体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの
記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。

【００９５】また、本発明の記録装置の構成として、記
録ヘッドの吐出回復手段、予備的な補助手段等を付加す
ることは本発明の効果を一層安定できるので、好ましい
ものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに
対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧或
は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素子或
はこれらの組み合わせを用いて加熱を行う予備加熱手
段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げるこ
とができる。

【００９６】また、搭載される記録ヘッドの種類ないし
個数についても、例えば単色のインクに対応して１個の
みが設けられたものの他、記録色や濃度を異にする複数
のインクに対応して複数個数設けられるものであっても
よい。すなわち、例えば記録装置の記録モードとしては
黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘ
ッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによるか
いずれでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色
によるフルカラーの各記録モードの少なくとも一つを備
えた装置にも本発明は極めて有効である。

【００９７】さらに加えて、以上説明した本発明実施例
においては、インクを液体として説明しているが、室温
やそれ以下で固化するインクであって、室温で軟化もし
くは液化するものを用いてもよく、あるいはインクジェ
ット方式ではインク自体を３０℃以上７０℃以下の範囲
内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあ
るように温度制御するものが一般的であるから、使用記
録信号付与時にインクが液状をなすものを用いてもよ
い。加えて、熱エネルギによる昇温を、インクの固形状
態から液体状態への状態変化のエネルギとして使用せし
めることで積極的に防止するため、またはインクの蒸発
を防止するため、放置状態で固化し加熱によって液化す
るインクを用いてもよい。いずれにしても熱エネルギの
記録信号に応じた付与によってインクが液化し、液状イ
ンクが吐出されるものや、記録媒体に到達する時点では
すでに固化し始めるもの等のような、熱エネルギの付与
によって初めて液化する性質のインクを使用する場合も
本発明は適用可能である。このような場合のインクは、
特開昭５４−５６８４７号公報あるいは特開昭６０−７
１２６０号公報に記載されるような、多孔質シート凹部
または貫通孔に液状又は固形物として保持された状態
で、電気熱変換体に対して対向するような形態としても
よい。本発明においては、上述した各インクに対して最
も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行するもので
ある。

【００９８】さらに加えて、本発明インクジェット記録
装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の
画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組
合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシ
ミリ装置の形態を採るもの等であってもよい。

【００９９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
インク流路の極大断面積部分において、電気熱変換体の
熱によって発生した気泡を成長させ、またインク流路の
供給口側に向ってインク流路の断面積の変化勾配が負と
なる部分において、インク吐出時に供給口に向って流れ
ようとするインクの流動抵抗を大とし、さらに、インク
流路から供給口に向ってインク流路の断面積が拡大する
部分において、インク吐出時に供給口側に伝播する圧力
を減少させる構成であるから、電気熱変換体のエネルギ
ー効率を向上させて、記録動作の安定化を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット記録ヘッドの第１の実
施例を示す部分斜視図である。

【図２】図１に示すインク流路部分の平面図である。

【図３】従来のインクジェット記録ヘッドのインク流路
部分の平面図である。

【図４】図４（ａ）は図２に示すインク流路部分におけ
る気泡の成長状況の説明図、図４（ｂ）は図３に示すイ
ンク流路部分における気泡の成長状況の説明図である。

【図５】図５（ａ）は本発明のインクジェット記録ヘッ
ドの第２の実施例を示すインク流路部分の平面図、図５
（ｂ）は図５（ａ）のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。

【図６】本発明のインクジェット記録ヘッドの第３の実
施例を示す部分斜視図である。

【図７】図６に示すインク流路部分の平面図である。

【図８】図７に示すインク流路部分における気泡の成長
状況の説明図である。

【図９】図９（ａ）および（ｂ）は図７中のノズル幅Ｗ
ｂ，Ｗｂ_O をＷｂ≦Ｗｂとした場合の説明図である。

【図１０】本発明のインクジエット記録ヘッドの第４の
実施例を示すインク流路部分の平面図である。

【図１１】本発明のインクジェット記録ヘッドの第５の
実施例を示すインク流路部分の平面図である。

【図１２】本発明のインクジェット記録ヘッドの第６の
実施例を示すインク流路部分の平面図である。

【図１３】図１３（ａ）は本発明のインクジェット記録
ヘッドの第７の実施例を示すインク流路部分の平面図、
図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に
沿う断面図である。

【図１４】本発明のインクジェット記録ヘッドを用いて
構成されるヘッドカートリッジの斜視図である。

【図１５】図１４に示すヘッドカートリッジを装備可能
な記録装置の斜視図である。

【符号の説明】

８０カートリッジ１０２吐出口１０３供給口１０４基板１０５ヒーター（電気熱変換体）１０５Ａ供給口側端（供給口寄り端部）１０５Ｂ吐出口側端（吐出口寄り端部）１０６天板１０７隔壁１０８共通液室１０９インク流路１１０流体抵抗素子部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インク滴を吐出するために設けられた複
数の吐出口と、該吐出口のそれぞれに連通する複数のイ
ンク流路と、該インク流路のそれぞれにインクを供給す
るための複数の供給口と、前記インク流路のそれぞれに
設けられて前記吐出口のそれぞれからインク滴を吐出さ
せるための熱エネルギーを発生する複数の電気熱変換体
とを具備してなるインクジェット記録ヘッドにおいて、前記吐出口と前記電気熱変換体の前記供給口寄り端部と
の間に形成されて前記インク流路の断面積を極大とする
拡径部と、前記インク流路の前記吐出口から前記供給口に向う方向
での断面積の変化勾配を前記電気熱変換体の前記供給口
寄り端部位置において負とする供給口側縮径部と、前記供給口と前記供給口側縮径部との間の前記インク流
路の断面積を前記供給口に向って拡大させる拡径部とを
有す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】前記供給口の断面積は、該供給口と前記
電気熱変換体の前記供給口寄り端部との間のインク流路
中において最小とし、前記吐出口の断面積は、該吐出口と前記電気熱変換体の
前記吐出口寄り端部との間のインク流路中において最小
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
ト記録ヘッド。
【請求項３】前記電気熱変換体は、熱エネルギーによ
って前記インクに膜沸騰を生じさせ、該膜沸騰による気
泡の生成に基づいてインク滴を吐出させるものであるこ
とを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェッ
ト記録ヘッド。
【請求項４】インク滴を吐出するために設けられた複
数の吐出口と、該吐出口のそれぞれに連通する複数のイ
ンク流路と、該インク流路のそれぞれにインクを供給す
るための複数の供給口と、前記インク流路のそれぞれに
設けられて前記吐出口のそれぞれからインク滴を吐出さ
せるための熱エネルギーを発生する複数の電気熱変換体
とを具備してなるインクジェット記録ヘッドを有し、該
インクジェット記録ヘッドによって記録媒体上への記録
を行なう記録装置において、前記吐出口と前記電気熱変換体の前記供給口寄り端部と
の間に形成されて前記インク流路の断面積を極大とする
拡径部と、前記インク流路の前記吐出口から前記供給口
に向う方向での断面積の変化勾配を前記電気熱変換体の
前記供給口寄り端部位置において負とする供給口側縮径
部と、前記供給口と前記供給口側縮径部との間の前記イ
ンク流路の断面積を前記供給口に向って拡大させる拡径
部と、を有するインクジェット記録ヘッドと、前記記録ヘッドを支持し、記録信号の入力に伴って記録
領域と非記録領域の間を走査するキャリア手段と、を有することを特徴とする記録装置。
【請求項５】前記供給口の断面積は、該供給口と前記
電気熱変換体の前記供給口寄り端部との間のインク流路
中において最小とし、前記吐出口の断面積は、該吐出口と前記電気熱変換体の
前記吐出口寄り端部との間のインク流路中において最小
としたことを特徴とする請求項４に記載の記録装置。
【請求項６】前記電気熱変換体は、熱エネルギーによ
って前記インクに膜沸騰を生じさせ、該膜沸騰による気
泡の生成に基づいてインク滴を吐出させるものであるこ
とを特徴とする請求項４または５に記載の記録装置。