JPH1016221A

JPH1016221A - 液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置

Info

Publication number: JPH1016221A
Application number: JP16915696A
Authority: JP
Inventors: Masashi Miyagawa; 昌士宮川; Hideo Saikawa; 英男才川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-06-28
Filing date: 1996-06-28
Publication date: 1998-01-20

Abstract

(57)【要約】【課題】高画質記録を可能にする液体吐出ヘッドおよ
び液体吐出装置を提供する。【解決手段】２つの液体吐出ヒータ２ａ、２ｂは１つ
のノズル１０４に対応して設けられている。ヒータ２
ａ、２ｂを種類別に独立に駆動して、前記液体をＶｄ１
の体積で吐出する第１のモードと、前記液体を前記Ｖｄ
１より小さいＶｄ２の体積で前記第１のモードよりも高
精細に前記液体を吐出する第２のモードとを有する。第
１のモードでは、両ヒータ２ａ、２ｂに同一条件の電圧
駆動パルスを同時に印加する。第２のモードでは、一方
のヒータ２ａまたは２ｂに前記第１のモードにおける駆
動条件と異なる条件で駆動パルスを印加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、ファクシ
ミリ、ワープロ、ホストコンピュータの出力用端末とし
てのプリンタ、ビデオプリンタ等に用いられる液体吐出
ヘッドとしてのインクジェットヘッド、該ヘッドにタン
クを含めたインクジェットヘッドカートリッジおよび液
体吐出装置としてのインクジェット装置に関し、特にイ
ンクを吐出するためのエネルギとして熱エネルギを発生
する電気熱変換素子を形成した基体を有する液体吐出ヘ
ッドおよび該ヘッドを用いる液体吐出装置に関する。

【０００２】ここで、記録とは、布、糸、紙、シート材
等のインク付与を受けるインク支持体全てへのインク付
与等（プリント）を含むもので、また、文字等の意味の
ある画像だけでなく、パターン画像等の無意味な画像を
も含むものである。液体吐出装置のうち記録装置は、各
種情報処理装置全てあるいはその出力器としてのプリン
タを含むものであり、本発明はこれらへの用途が可能な
ものである。

【０００３】

【従来の技術】インクを吐出して記録紙等の被記録媒体
上に記録を行うインクジェット記録装置に関しては、装
置の小型化の容易性や低騒音性等の観点から多くの製品
が製造されている。

【０００４】そして、近年さらに小型化を図ることや高
画質、特に高画質カラー記録を行うことに対する要求が
高まってきている。このような要求を満たすための構成
として、特公昭６２−４８５８５号公報には、１ノズル
内に複数の電気熱変換素子を設けた構成が開示され、こ
のような電気熱変換素子を夫々独立に制御駆動すること
で、吐出されるインク滴のサイズを変調し、高画質記録
を実現する階調記録方法が提案されている。

【０００５】本発明者らが、１ノズル内に設けた複数の
電気熱変換素子を用いて、高画質の多階調記録を行う階
調記録方法を検討したところ以下のことが判明した。

【０００６】（１）１ノズル内から種々の体積の液滴を
吐出させる場合、その液滴速度と吐出体積との間には相
関があり、吐出体積の大きい液滴は速度が速く、吐出体
積の小さい液滴は速度が小さいことが判明した。このこ
とは、液滴の吐出体積によって液滴の吐出速度が異なる
ことを意味し、複数のノズルを配設して多値画像を形成
しようとした場合に、被記録媒体への着弾位置が異な
り、画質を劣化させ、精細な多値画像を形成できないこ
とを示唆するものである。

【０００７】（２）また、複数の電気熱変換素子を配設
したノズルを複数個設けたヘッドを用いて記録を行う場
合には、これらの変換素子を画像データに従って個別に
制御するためには、信号を付与する電気的接点を変換素
子数＋１個、必要となる。勿論、シフトレジスタ等を搭
載することにより上述の接点数を低減することは可能で
あるが、その場合には、基板の大型化を招くことにな
り、コストアップの要因となる。

【０００８】（３）また最も大きな課題として、吐出体
積の小さい液滴の速度が極めて遅く勢いの無いものとな
り、吐出方向が安定しないという問題がある上、吐出し
ない時間が比較的長くなると、オリフィス（吐出口）近
傍のインク粘度が水分の蒸発によって高くなり、その増
粘物によりオリフィスが詰まり、インクの不吐出を招く
など、液滴吐出に対する信頼性が極めて低くなる。

【０００９】（４）また、一般に吐出周波数はインクの
リフィル周波数に大きく依存し、このリフィル周波数は
ノズル形状等が同一であれば、吐出される液滴の体積に
依存する。このため、ドット変調を行った場合には、吐
出液滴の体積の最も大きな吐出により駆動周波数が決ま
る。

【００１０】以上、要するに、１ノズル内に複数の電気
熱変換素子を設けた液体吐出ヘッドでは、各電気熱変換
素子を独立して駆動することによって液滴の吐出体積を
異ならせ、ドット変調を行う場合、大液滴と小液滴の吐
出速度、吐出信頼性、吐出周波数が夫々異なるため、画
質の向上や記録速度を十分に高めることが困難であると
いう問題を有している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記した課
題を解決し、高画質記録を可能にする液体吐出ヘッドお
よび液体吐出装置を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明は、１ノズル内に２種の電気熱変換素子
を有する液体吐出ヘッドであって、２種の電気熱変換素
子により気泡を生成して液体を吐出するモード１（第１
のモード）と、２種の電気熱変換素子のうち１種の電気
熱変換素子により気泡を生成して液体を吐出するモード
２（第２のモード）を含む２種のモードを有することを
主たる特徴としている。

【００１３】モード１においては相対的に大きい液滴Ｖ
ｄ１を吐出させ、モード２においては相対的に小さい液
滴Ｖｄ２を吐出させる。モード２において副走査方向に
２パスでの印字を行い、主走査方向に２倍の解像度で印
字を行えば、最大解像度を４倍とすることが可能であ
る。

【００１４】また、電気熱変換素子の制御に関しても、
多値の画像データに基いて複雑な制御を行う必要がな
く、モード１（２種の電気熱変換素子を同時にＯＮ／Ｏ
ＦＦする）とモード２（１種の電気熱変換素子をＯＮ／
ＯＦＦする）の信号のみをヘッドに付与するのみとす
る。最も簡便には一方の電気熱変換素子の接続をＯＮ／
ＯＦＦだけで切替が可能となり、電気接点は１つ増える
のみであり、キャリッジとヘッドの電気的コンタクトの
信頼性も高く、コストアップも極めて少ない高画質記録
を行うことが可能である。

【００１５】また、モード２において、液滴の速度を十
分に信頼性あるものとする場合に、吐出体積Ｖｄ２が比
較的大きくなってしまったとき、被記録媒体のインク吸
収能力よりも多くのインクが付与され、インクが滲んで
しまうことがある。

【００１６】本発明においては、簡便なマスクで間引き
印字を行うことで、上述の弊害を防止できる。このよう
に、１ノズル内に複数の電気熱変換素子を配したインク
ジェットヘッドにおいて、記録画像の濃度に応じて各ノ
ズル毎に吐出体積の変調を行わず、２種のモードに使い
分けて高解像度化することにより、制御が容易であり、
安価で、また信頼性の高い液体吐出ヘッドおよび液体吐
出装置を提供することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。

【００１８】図１は、本発明の液体吐出ヘッドとしての
インクジェットヘッド（以下、単にヘッドともいう）の
基本的態様の一例を示す図であって、（ａ）は複数ノズ
ルのうちの一ノズルの構成を示す断面図であり、（ｂ）
〜（ｄ）はそれぞれ（ａ）のａ−ａ線に沿う断面図であ
って電気熱変換素子としての２個のヒータ駆動の態様に
応じた液体の吐出状態を示すものである。

【００１９】本実施形態におけるヘッドでは、インクが
ノズル１０４の後方の共通液室より供給され、電気熱変
換素子の一部を構成する発熱抵抗体としての吐出ヒータ
２ａ、２ｂ上で起こる急激な発泡の圧力によりインク吐
出口４０から吐出される。

【００２０】図１（ｃ）に示すように、モード２におい
てはヒータ２ｂの表面のみに発泡が起こって小液滴が吐
出され、図（ｄ）に示すように、モード１においては両
ヒータ２ａ、２ｂの表面で発泡が起こって大液滴が吐出
される。これらヒータの形状および面積、シート抵抗、
位置関係等に関しては、液滴の吐出速度および吐出体積
を考慮して最適化する必要がある。

【００２１】本発明者らが、上記インクジェットヘッド
に関して鋭意検討したところ、該ヘッドにおいても、小
さい液滴の吐出速度は不十分な場合が多く、吐出方向が
偶発的に曲ったり、不吐出を招く場合が考えられる。

【００２２】液滴速度を十分に速くするためには、吐出
口面積を小さくしたり、電気熱変換素子を大きくして発
泡圧力を高める手段があるが、前者の吐出口面積を小さ
くする手段を採ると相対的に大きい液滴のＶｄ１の大き
さが低下して十分な画像濃度を得られなくなる。

【００２３】一方、後者の電気熱変換素子の面積を大き
くする手段を採っても、決められた領域に配設するた
め、限界がある。これは、従来の１ノズル内に一つの電
気熱変換素子を配設した場合と比べ、２種の電気熱変換
素子を配設する場合には、電気熱変換素子間の間隔を製
作上の誤差を加味して所定量設ける必要があること、ま
た２種に分けた場合には、効率が低下し、吐出体積の大
きい液滴を１種の変換素子で吐出させる場合よりも２種
の電気熱変換素子を用いた方が電気熱変換素子の総面積
を広くする必要があることが判明した。

【００２４】このような問題を解決するため、本発明者
らがさらに鋭意検討した結果、上述のモード１における
電気熱変換素子に付与する駆動電圧パルスとモード２に
おける駆動電圧パルスを夫々異ならせることによって上
述の問題を解決できることが判明した。

【００２５】すなわち、モード１においては、２つの電
気熱変換素子を駆動させるため、吐出体積や吐出速度以
外にヘッド昇温も考慮して駆動する必要があるが、モー
ド２に関しては１つの電気熱変換素子のみしか駆動しな
いため、ヘッド昇温を殆ど考慮することなく駆動するこ
とが可能である。

【００２６】一般的なインクジェットヘッドの駆動方法
としては、図２に示すように、所定電圧をプレパルスと
メインパルスに分割して付与している。本発明において
は、モード１およびモード２において、電圧やプレパル
ス、メインパルスのパルス幅およびパルス間隔を変える
か、あるいはプレパルスを複数にするか等、何れの方法
であっても構わない。このような手段によって、小液滴
の速度を速めることが可能であり、信頼性の高い画像を
得ることができる。

【００２７】また、モード１とモード２において、ヘッ
ドの制御温度を変えることも有効である。モード２にお
けるヘッドの制御温度をモード１に対して相対的に高く
することによって、小液滴の速度を速くすることができ
る。

【００２８】さらに、電気熱変換素子の発泡開始エネル
ギを夫々異ならせておくことも有効である。

【００２９】例えば、ヒータ２ａの発泡開始エネルギを
Ｅ１とし、ヒータ２ｂの発泡開始エネルギをＥ２（Ｅ１
＞Ｅ２）とした場合、モード１において両ヒータにＥ１
以上のエネルギを投入すれば、両ヒータの表面で発泡が
起こり、大液滴のＶｄ１の吐出が可能である。一方、モ
ード２においては、ヒータ２ａに対してＥ１以上、ヒー
タ２ｂに対してＥ２以下のエネルギを投入すれば、ヒー
タ２ａに隣接したヒータ２ｂの表面温度も発泡直前まで
上昇するため、吐出される小液滴のＶｄ２の吐出速度を
速くすることができる。

【００３０】本実施形態例においては、ヒータ２ａ、２
ｂを同一の駆動パルスで同時に駆動しても構わないし、
また夫々個別に駆動パルスを印加しても構わない。

【００３１】このような発泡開始エネルギを変える手段
としては、変換素子の長さを異ならせる手段があるが、
最も有効な手段としては、保護膜の膜厚を変えることを
挙げることができる。保護膜を薄くすることによって少
ないエネルギで発泡を開始させることが可能となるから
である。

【００３２】なお、本実施形態例では、図１（ａ）に示
すように、ヒータ２ａ、２ｂの上面に沿う方向に液体を
吐出させる、いわゆるエッジシュータタイプのヘッドを
例示して説明したが、本発明はこれに限定されることな
く、ヒータに対向する方向に液体を吐出させる、いわゆ
るサイドシュータタイプのヘッドにも適用されるもので
ある。

【００３３】

【実施例】以下図面を参照しながら本発明について詳細
に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるもの
ではないことは言うまでもない。また本実施例において
は、吐出に利用される液体として水系インクを例として
取扱っているが、これらに限定されることなく、本発明
を利用して吐出可能な液体噴射記録ヘッドであれば、い
かなる液体であっても構わない。尚、本発明の実施例を
記載する前に、本発明者らが検討を行っているインクジ
ェットヘッドの基本的構成と製造方法について記載す
る。

【００３４】本発明における電気熱変換素子は、１つの
液流路（以下、ノズルともいう）に対して２種類設けら
れており、各電気熱変換素子の構成は、例えば図３
（ａ）、（ｂ）に示されている。

【００３５】図３は、電気熱変換素子基板に形成した変
換素子の形状を示す平面図（ａ）とＡ−Ａ断面図（ｂ）
である。

【００３６】電気熱変換素子は、熱を発生する発熱抵抗
素子（以下、吐出ヒータとも称する）２と、この吐出ヒ
ータ２に半導体の生産に用いられる薄膜プロセスによっ
て接続された電極３Ａ，３Ｂとで構成されている。そし
て、前記２つの電極間に電圧を印加することで、吐出ヒ
ータ２に電流を流して発熱させる。吐出ヒータ２で生じ
た熱には図３（ａ）で示す矢印１０７の方向、すなわ
ち、平面方向に放熱するものと、同図（ｂ）で示す断面
方向で放熱する成分がある。

【００３７】吐出ヒータ２は熱伝導性の低い材料で構成
される蓄熱層１０５とインクに対するヒータの保護のた
めに構成される保護膜１０３、および発泡したインクが
消泡する際に生じる衝撃波に対する耐キャビテーション
膜１０４で挟まれたサンドイッチ構造となっている。基
体１０６としてはシリコン基板が用いられる。それぞれ
の層の厚みは、吐出ヒータ２の熱がより効率良くインク
１０８に伝えられるように決められ、本発明の場合は、
耐キャビテーション膜１０４は０．１〜１．０μｍ、保
護膜１０３は０．３〜２．０μｍ、蓄熱層１０５は０．
５〜５．０μｍ程度のものが用いられ、基体１０６は
０．５〜１．０ｍｍとされる。

【００３８】これら各層の成膜やパターニング、エッチ
ング等の加工は、汎用的な半導体プロセスを応用して作
製することが可能である。また、基板を用いてインクジ
ェット記録ヘッドを作製する手段の一例としては、射出
成型でインク供給口、共通インク室、およびノズルを形
成した樹脂製の天板にエキシマレーザによりインク吐出
口を形成させ、ノズルと吐出ヒータを位置合わせしつつ
接合し、バネ等で固定した後、接合面を封止材等により
封止することでインクジェットヘッドを作製できる。

【００３９】ここで、インクを水系インクとした場合、
耐キャビテーション層１０４とインク１０８の接する面
の温度を約３００℃とすることにより、インク１０に発
泡が生じる。吐出ヒータ２は、耐熱温度や保護膜１０３
や蓄熱層１０５との熱膨張係数の差による応力のため、
前記表面温度が約７００〜８００℃を越えると耐久性が
急激に悪くなる。従って、表面温度を上記の範囲にコン
トロールすることが望ましい。

【００４０】図４は、ヒータの表面温度分布を示すグラ
フである。図４中のａ−ａ′は図３（ａ）のヒータ幅に
対応するものであり、耐キャビテーション層１０４の表
面温度分布をＴｅｍｐＡで示す。ΔＴ１は発泡開始温度
で約３００℃であり、ΔＴ２は耐久性が急激に変化する
温度であり、用いる薄膜材料によって変化するが、通常
約７００〜８００℃である。ＴｅｍｐＡでΔＴ１〜ΔＴ
２温度領域の範囲が実際にヒータ表面でインクが発泡す
る領域であり、ｂ−ｂ′で示される範囲である。

【００４１】図４に示すように、吐出ヒータ中央部の温
度分布はフラットである。フラット部分では極めて安定
的に発泡／消泡が繰り返されるため、この領域が大きい
方が安定的な印字性能を得ることができる。ヒータ端部
に近ずくと、図３（ａ）の矢印で示した平面方向の放熱
があるため、徐々に温度が低くなってゆき、ＷＡでは吐
出ヒータ上でありながらインクを発泡させられない非発
泡領域となる。さらに、吐出ヒータの外側ＷＢは、前記
平面方向の放熱により、いくらかの昇温が観察される。

【００４２】上記基本的特性に基づいて本発明の一実施
例を説明する。

【００４３】図５は、１ノズル内に２種の電気熱変換素
子を形成した素子基板の基本的態様を示している。基板
３１上には２種の電気熱変換素子２Ａ，２Ｂが形成さ
れ、電気熱変換素子２Ａには３Ａ，３Ｂの配線によって
電圧パルスが印加される。また同様に電気熱変換素子２
Ｂに対しては配線３Ｃ，３Ｄによって電圧パルスが印加
される。

【００４４】図６は本発明の実施例に係わるインクジェ
ットヘッドの素子基板を構成する素子の配置を示す。素
子基板の上にはノズル壁５が設けられ、各ノズル壁５の
間の吐出ノズル内には大きな発熱抵抗体２ａと小さな発
熱抵抗体２ｂの２つの吐出ヒータが配設されている。夫
々の吐出ヒータはスルーホール４を介して吐出ヒータの
下層の層間絶縁膜の下にあるコモン配線１と接続され
て、このコモン配線より電圧を印加される。配線６，７
は夫々、吐出ヒータ２ａ，２ｂとスイッチングトランジ
スタ１１および１０とをスルーホール１６を介して接続
する。

【００４５】スイッチングトランジスタ１０および１１
も、ヒータ下層の層間絶縁膜の下に配設される。さらに
トランジスタ１０および１１のＯＮ／ＯＦＦを制御する
ため、信号配線１７および１８がトランジスタ１０およ
び１１とシフトレジスタラッチ回路１９および２０に接
続されている。これにより、ヒータの駆動を、シフトレ
ジスタラッチ回路で取込んだデータによりトランジスタ
をＯＮ／ＯＦＦさせて制御する。また、グランド配線１
２，１３，１４および１５は夫々スイッチングトランジ
スタ８，９，１０および１１のエミッタに接続される。

【００４６】図６のインクジェットヘッドを駆動させる
等価回路を図７に示す。図７ではシフトレジスタラッチ
回路１９，２０を詳細に示す。シフトレジスタ３６に
は、ＣＬＫ信号線３７とシリアルデータ線３５とが入力
され、シリアルデータをクロック信号によりシフトレジ
スタ３６に展開する。シフトレジスタ３６に入力された
データはラッチ３３にラッチ信号線３４からのラッチ信
号で保持される。次に、イネーブル信号線３２はＡＮＤ
ゲート３１に接続され、ラッチ３３のデータをトランジ
スタ１１に印加するタイミング信号を入力する。イネー
ブル信号線３２が２本あるため吐出ヒータ２ａ，２ｂは
同時でも、あるいはタイミングをずらしても駆動可能で
ある。

【００４７】実際のモード１，２の選択に関しては、２
本のイネーブル信号線３２にスイッチングすることによ
り、吐出ヒータ２ａのみによる印字および吐出ヒータ２
ａ，２ｂの両者を駆動した印字を選択することが可能と
なる。

【００４８】次に、この素子基板を用いたインクの吐出
量制御を図１（ｂ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
（ｂ）に示すように、ノズル壁５で挟まれた吐出ノズル
１０４にはインクが満たされており、吐出ヒータ２ａ，
２ｂを加熱すると、各ヒータ上のインクに発生した発泡
の圧力によりオリフィス４０からインクが吐出される。
（ｃ）は吐出ヒータ２ｂによる加熱で生じた発泡１１３
により小液滴１１４（Ｖｄ２）が吐出された状態を示
す。次に、（ｄ）は２つの吐出ヒータを同時に加熱して
大液滴１１５（Ｖｄ１）が吐出された状態を示す。

【００４９】従来、１ノズル内に２つの吐出ヒータを設
けて吐出体積を変調する場合、２つの吐出ヒータの面積
を異ならせ、小さい吐出ヒータによる吐出、大きい吐出
ヒータによる吐出および２つの吐出ヒータを同時に駆動
することによる吐出の３種の液滴を吐出させ、４値の多
値画像を形成する方法が提案されているが、前記したよ
うに単に吐出体積を小さくした場合、液滴の吐出速度は
遅くなって画像の信頼性が低下する場合が多い。

【００５０】そこで、本発明においては、小液滴Ｖｄ２
の吐出速度を十分に速くすることを主たる目的としてお
り、小面積の吐出ヒータのみでの吐出は記録に使用せ
ず、小液滴Ｖｄ２を吐出させるモードでは、２種のヒー
タのうち大面積のヒータのみでの吐出を行うこととし
た。

【００５１】次に、以上説明した構成のヘッドの要部の
具体的態様の一例を図８に示す。基板素子１上には前記
した吐出ヒータ２ａ，２ｂが形成されており、素子基板
１は放熱を良好に行うためアルミ等で形成したベースプ
レート４１上に接着してある。ベースプレートには基板
後方に記録装置とのコンタクトを行うための配線基板
（図示せず）を接着し、この配線基板と素子基板はワイ
ヤーボンディングにより接続されている。また、天板１
０１は前記したように射出成型で作製され、ノズル１０
４がノズル壁５で仕切られて形成されている。ノズル前
方にはインク吐出口４０がエキシマレーザ加工によって
作製されている。

【００５２】現在一般的なインクジェットヘッドはノズ
ルピッチが約７０．５μｍであり解像度３６０ｄｐｉで
作製されている。更に高解像度化を図り、７２０ｄｐｉ
のヘッドを作製するためには、ノズルピッチを約３５μ
ｍ程度とする必要があるが、このような微細な加工を行
うには製造方法の大幅な変更が必要となる。

【００５３】しかし、本発明によれば、吐出ヒータ２ａ
のみを用いて吐出体積を小さくし、２パスでの印字を行
うことにより７２０ｄｐｉの記録を行うことが可能であ
り、従来のインクジェットヘッドの製造技術を用いたま
ま高解像度化を図ることができる。

【００５４】図９は、本発明のインクジェットヘッド５
００と該ヘッドにインクを供給するためのインクタンク
５０１を結合して作製したインクジェットヘッドカート
リッジである。

【００５５】図１０は、以上のようにして構成されるイ
ンクジェット記録ヘッドを用いる本発明の液体吐出装置
としてのインクジェット記録装置の一例の構成を示す模
式的斜視図である。このインクジェット記録装置ＩＪＲ
Ａは、駆動モータ２０１０の正逆回転に連動して駆動力
伝達ギア２０２０，２０３０を介して回転するリードス
クリュ２０４０を有する。インクジェット記録ヘッドと
インクタンクとが一体化されたインクジェットカートリ
ッジＩＪＣが載置されるキャリッジＨＣは、キャリッジ
軸２０５０およびリードスクリュ２０４０の螺旋溝２０
４１に対して係合するピン（図示せず）を有しており、
リードスクリュ２０４０の回転に伴って、矢印ａ，ｂ方
向に往復移動される。

【００５６】２０６０は紙押さえ板であり、キャリッジ
移動方向にわたって紙Ｐをプラテンローラ２０７０に対
して押圧する。２０８０および２０９０はフォトカップ
ラで、これらは、キャリッジＨＣに設けられたレバー２
１００のこの域での存在を確認してモータ２０１０の回
転方向切替等を行うためのホームポジション検知手段と
して動作する。２１１０は記録ヘッドの前面をキャップ
するキャップ部材であり、支持部材２１２０により支持
されている。

【００５７】２１３０はこのキャップ内を吸引する吸引
手段であり、キャップ内開口を介して記録ヘッドの吸引
回復を行う。記録ヘッドの端面をクリーニングするクリ
ーニングブレード２１４０は、前後方向に移動可能に部
材２１５０に設けられており、これらは本体支持板２１
６０に支持されている。ブレード２１４０はこの形態に
限定されず、周知のクリーニングブレードが本例に適用
できることは言うまでもない。また２１７０は吸引回復
の吸引を開始するためのレバーであり、キャリッジＨＣ
と係合するカム２１８０の移動に伴って移動するように
なっており、これにより駆動モータ２０１０からの駆動
力がクラッチ切替等の公知の伝達手段で移動制御され
る。

【００５８】これらのキャッピング、クリーニング、吸
引回復は、キャリッジＨＣがホームポジション側領域に
きたときにリードスクリュ２０４０の作用によってそれ
らの対応位置で所望の処理が行えるように構成されてい
るが、周知のタイミングで所望の作動を行うようにすれ
ば、本例には何れも適用できる。

【００５９】［実施例１］前記した構成のインクジェッ
トヘッドにおいて、ノズル数１２８、ドットピッチ３６
０ｄｐｉのヘッドを試作した。本ヘッドの保護膜および
蓄熱層の膜厚はそれぞれ１．０μｍ、吐出ヒータは小液
滴吐出用として幅２０μｍ、長さ１１５μｍの物、一方
は幅２６μｍで長さ１１２μｍのものを作製した。尚基
板端面から吐出ヒータ先端までの距離は６０μｍとし
た。天板としては、吐出口面積は７５０μｍ²、吐出口
を形成した天板先端部の厚さは５５μｍ、ノズルの形状
は高さ４３．５μｍ、幅は６０．５μｍとした。

【００６０】このようなヘッドを前記した手段で作製
し、これにインクを充填したインクを装着してインクジ
ェットヘッドカートリッジを作製した。

【００６１】上記ヘッドは、従来のインクジェットヘッ
ドと異なり、３６０ｄｐｉと７２０ｄｐｉを選択できる
信号線を有しており、記録装置側からの信号によって両
者を切換えることが可能である。インク吐出は図１１に
示すように、３６０ｄｐｉ印字モード（第１のモード）
においては同時に８ノズル（１，１７，３３，４９，６
５，８１，９７，１１３）のセグメントから吐出を行
い、１６ブロックに分割して記録を行う構成とした。

【００６２】一方、７２０ｄｐｉモード（第２のモー
ド）においては、同時に１６セグメントの吐出を行い
（１，９，１７，２５，３３，４１，４９，５７，６
５，７３，８１，８９，１１３，１２１）、縦罫線の曲
りを防止している。

【００６３】すなわち、高解像度においては、同時吐出
セグメントを増やさないと縦罫線ズレが生じたり、高周
波数での駆動が不可能となり、それに応じて必要な電源
容量が極めて増大するが、本発明においては、７２０ｄ
ｐｉモードでは３６０ｄｐｉモードよりも１ノズルの吐
出に投入するエネルギを低減できることから（一つの吐
出ヒータしか駆動しない例がその一例であるが）、装置
の電源を大幅に増大することなく、同時吐出のノズル数
を増して縦罫線ズレを防止できる。また、吐出周波数は
３６０ｄｐｉモードでは６．０ＫＨｚ、７２０ｄｐｉモ
ードでは１２．０ＫＨｚとした。

【００６４】印字方法としては、主走査方向への１パス
目に７２０ｄｐｉの密度で印字を行った後、ノズルのピ
ッチの半分だけ副走査方向に被記録媒体を搬送させたう
えで主走査方向への２パス目の７２０ｄｐｉの密度で印
字を行うことによって７２０ｄｐｉ＊７２０ｄｐｉの高
解像度としたが、印字速度の観点より１パスでの７２０
ｄｐｉ＊３６０ｄｐｉのモードも併用して有している。

【００６５】本インクジェット記録装置においては、従
来、１ノズル内に複数の吐出ヒータを有して吐出量を変
調する記録装置と比べて、低解像度モードと高解像度モ
ードとに限定することによって、記録装置の電源容量の
増加を抑えることができる。また、吐出周波数として
も、高解像度モードにおいては小液滴の吐出のみであ
り、高速の記録が可能である。即ち、吐出量を変調する
インクジェットヘッドでは、吐出周波数を決める大液滴
（一般的には吐出周波数はインクのリフィル速度によっ
て決定し、該リフィル周波数は大液滴程遅くなる）を画
像情報に従って吐出する必要があり高速な記録を行えな
い。

【００６６】しかし、本実施例に係るインクジェットヘ
ッドにおいて、安価に高品位の記録画像を形成すること
が可能となった。

【００６７】［実施例２］図１２に示すカラーインクジ
ェット記録ヘッドを試作した。本実施例に係るヘッドで
は、１〜２４セグメントがイエロー、２５〜４８セグメ
ントがマゼンタ、４９〜７２セグメントがシアン、７３
〜１３６セグメントがブラックのインクを吐出する構成
となっており、各色間は８セグメントの間隔を有してい
る。

【００６８】このヘッドは、ブラックインクのみを用い
た印字では、ブラックの６４ノズルを使用し、カラー記
録においては各色２４ノズルを用いて記録する構成とな
っている。尚、ブラックインクの印字においては６４ノ
ズルピッチで記録紙の搬送を行い、カラーインク（Ｙ、
Ｍ、Ｃ）の記録においては２４ノズルピッチの搬送を行
う。

【００６９】図１３は、本実施例に係る記録方法を示す
模式図である。図１３に示すように、３６０ｄｐｉモー
ドにおいては同時に８セグメントの吐出を行い、７２０
ｄｐｉモードにおいては同時に１２セグメント（１，
９，１７，２５，３３，４１，４９，５７，６５，７
３，８１，８９）の吐出を行なって記録する。

【００７０】本実施例では、小液滴吐出用のヒータとし
て幅２４μｍ、長さ１１５μｍ、他方の吐出ヒータとし
て幅２２μｍ、長さ１１６μｍのものを形成した。ま
た、天板は先の実施例１と同様であり、吐出口面積はブ
ラックの場合が６８０μｍ²、カラーが３６０μｍ²と
した。

【００７１】本インクジェットヘッドに付与する駆動パ
ルスとしては、駆動電圧２４Ｖでプレパルス（図２にお
けるｔ１）を１．５μｓｅｃとし、休止時間（図２にお
けるｔ２）を１．８μｓｅｃとし、メインパルス（図２
におけるｔ３）を３．２μｓｅｃとして付与した。この
ような駆動条件でブラックインクの小液滴の速度は６ｍ
／ｓｅｃで吐出量３０ｎｇであり、両方の吐出ヒータに
電圧を印加した場合の大液滴の速度は１４ｍ／ｓｅｃ、
吐出量６５ｎｇであった。

【００７２】このような駆動条件で画像記録を行ったと
ころ、稀にではあるが、吐出方向が曲り印字の乱れが発
生した。そこで、小液滴の吐出モードのみにおいて、プ
レパルス（ｔ１）を２．０μｓｅｃとし、休止時間（ｔ
２）を３．０μｓｅｃとし、メインパルス（ｔ３）を
２．７μｓｅｃとしたところ、吐出速度は９ｍ／ｓｅｃ
となり良好な印字が可能となった。

【００７３】また、上記条件のうちメインパルスを３．
２μｓｅｃとしたところ、速度は１２ｍ／ｓｅｃとなり
吐出方向の曲らない信頼性の高い画像を得ることが可能
であった。

【００７４】［実施例３］実施例２と同様にしてカラー
インクジェットヘッドを作製し、小液滴の吐出モードの
場合に基板の温度制御を５０℃として印字を行った。
尚、基板の温度制御は、基板中に吐出ヒータと同一の工
程で温調用ヒータを形成し、基板中に作製したダイオー
ドセンサーで温度を測定して制御した。尚、温度制御を
行わなかった実施例２におけるインクジェットヘッドの
基板温度は３０℃であった。

【００７５】本実施例では、小液滴の吐出は１０ｍ／ｓ
ｅｃであり、良好な画像を記録できた。

【００７６】［実施例４］実施例２と同様にしてカラー
インクジェットヘッドカートリッジを作製した。本実施
例においては、小液滴用吐出ヒータの長さを９０μｍ、
他方の吐出ヒータの長さを１２０μｍとした。本ヘッド
において、プレパルス（ｔ１）を１．５μｓｅｃとし、
休止時間（ｔ２）を１．８μｓｅｃとし、メインパルス
（ｔ３）を３．２μｓｅｃと固定し、駆動電圧を変化さ
せつつ吐出開始電圧を測定したところ、小液滴用吐出ヒ
ータのみを駆動した場合は１７Ｖ、他方の吐出ヒータの
みを駆動した場合は２１Ｖであった。

【００７７】上記インクジェットヘッドで２つの吐出ヒ
ータに２３Ｖの駆動電圧を付与して吐出を行ったとこ
ろ、大液滴の速度は１５ｍ／ｓｅｃであった、一方、小
液滴の駆動に際しては、駆動電圧を１９Ｖとして吐出し
たところ、小液滴の吐出速度は１２ｍ／ｓｅｃであっ
た。このような条件で３６０ｄｐｉモード、および７２
０ｄｐｉモードでの画像記録を行ったところ、良好な印
字を行うことができた。

【００７８】尚、本実施例においては、一方の吐出ヒー
タにも吐出開始電圧以下の電圧パルスを印加した。この
ことにより、小液滴の吐出に際しても、他方の吐出ヒー
タ上のインクは発泡しないものの、発泡温度附近まで昇
温し、小液滴吐出ヒータの駆動によって極めて大きな発
泡が可能となったため、先の実施例２に比べて小液滴の
吐出速度が向上する。

【００７９】本実施例では、駆動電圧を変えることによ
り２種の記録モードを設定したが、駆動パルスを変えて
駆動することも可能である。

【００８０】［実施例５］実施例２と同様にしてカラー
インクジェットヘッドカートリッジを作製した。本実施
例においては、小液滴吐出ヒータの保護膜の膜厚を０．
５μｍとし、他方の吐出ヒータの保護膜の膜厚を１．０
μｍとした。保護膜に関しては、一旦、膜厚１．０μｍ
の窒化シリコン膜をスパッタリングで成膜した後、小液
滴吐出ヒータ上部のみをフッ化水素ガスでエッチングし
て保護膜の膜厚を減らした。

【００８１】実施例４と同様にして小液滴吐出ヒータの
みに駆動電圧を付与したところ、吐出開始電圧は１６．
５Ｖであった。他方の吐出ヒータに関しては２０．５Ｖ
であった。本インクジェットヘッドに２３Ｖの駆動電圧
を付与したところ、大液滴の吐出速度は１４ｍ／ｓｅ
ｃ、吐出体積は６８ｎｇであった。一方、小液滴の吐出
に際しては１９Ｖの駆動電圧を印加したところ吐出速度
は１１ｍ／ｓｅｃであり、吐出体積は４０ｎｇであっ
た。

【００８２】本実施例においては、小液滴の吐出量が比
較的大きいため、主走査方向のみ７２０ｄｐｉで１２．
５ｋＨｚで画像形成を行った。尚、７２０ｄｐｉ＊７２
０ｄｐｉの印字モードにおいては、一律３０％の割合で
吐出を間引いて記録を行ったところ良好な印字が可能で
あった。

【００８３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
１つのノズル内に２つの吐出ヒータを形成して低解像度
モードと高解像度モードの２種のモードを有するので、
以下のような優れた効果を奏する。

【００８４】１：安価で高品位記録画像の得られる記録
装置を提供できる。

【００８５】２：低解像度モードにおいては、従来と同
一の解像度等の仕様とすることにより、ヘッドのコンパ
チ性を有したまま高解像度化できるため、ヘッドの種類
を増やすことなく市場に高品位ヘッドを提供できる。

【００８６】３：２つのモードを切換える１信号を付与
する端子が増えるのみであるので、キャリッジ等が従来
の設計のまま信頼性よくヘッドと記録装置のコンタクト
を図れる。

【００８７】４：各ノズルごとに種々の吐出量の液滴を
吐出しないため、高速で記録できる。５：小液滴吐出に際して、別の駆動電圧パルスで駆動す
るため、小液滴の吐出速度が速くなり信頼性の高い記録
が可能である。

【００８８】６：２つの吐出ヒータの発泡開始エネルギ
を変えることにより、小液滴吐出に際しても、他方の吐
出ヒータ表面の温度も昇温し、小液滴の吐出速度が速く
なり、信頼性の高い記録が可能となる。

【００８９】７：保護膜の膜厚を変えることによって、
吐出ヒータの発泡開始温度を変えることができ、吐出ヒ
ータの面積を小さくする必要がなく、コゲ等が発生して
も吐出劣化を起こさない信頼性の高いインクジェットヘ
ッドを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の液体吐出ヘッドとしてのイン
クジェットヘッドの要部を示す断面図であり、（ｂ）〜
（ｄ）は（ａ）のａ−ａ線に沿う断面図である。

【図２】吐出ヒータに印加する電圧パルスの形状を示し
たグラフである。

【図３】電気熱変換素子基板に形成した変換素子の形状
を示す平面図（ａ）とＡ−Ａ断面図（ｂ）である。

【図４】電気熱変換素子の発泡領域を説明するためのグ
ラフである。

【図５】２つの吐出ヒータを１つの流路内に配置する構
成を示した平面図である。

【図６】本発明の一実施例に係るインクジェット記録ヘ
ッドの基体を構成する基板上の素子配置を示す平面図で
ある。

【図７】図６の等価回路を示す図である。

【図８】本発明の液体吐出ヘッドとしてのインクジェッ
トヘッドの要部を示す分解斜視図である。

【図９】本発明の液体吐出ヘッドを含むインクジェット
ヘッドカートリッジの基本的態様を示す概略斜視図であ
る。

【図１０】本発明のインクジェットヘッドカートリッジ
を搭載して記録を行う記録装置の基本的態様を示す概略
斜視図である。

【図１１】本発明のインクジェットヘッドの吐出タイミ
ングを示す模式図である。

【図１２】本発明を適用したインクジェットカラーヘッ
ドのノズル構成を示す図である。

【図１３】図１２のヘッドを用いて記録を行う吐出タイ
ミングを示す図である。

【符号の説明】

１コモン配線２Ａ，２Ｂ，２ａ，２ｂ電気熱変換素子３Ａ，３Ｂ，６，７配線電極８，９，１０，１１スイッチングトランジスタ１２，１４，１５グランド配線１７，１８信号配線１９，２０シフトレジスタラッチ回路２１グランド縦配線２２コモン縦配線２３基板２４接点２５セル３１ＡＮＤゲート３２イネーブル信号３３ラッチ３４ラッチ信号線３５シリアルデータ線３６シフトレジスタ３７ＣＬＫ信号線３８デコーダー回路３９デコーダー信号線４０オリフィス４１基板４２，４３，４５，４６ヒータ４４インク予備加熱ヒータ５１層間絶縁膜５３シリコン層１０４吐出ノズル１０９ノズル壁１１２大発泡１１３小発泡１２０，１２１発泡

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体を吐出するための吐出口を有する液
流路と、該１つの液流路に対応して設けられ、前記液体
を吐出するための熱エネルギを発生するための２種類の
電気熱変換素子とを含み、前記２種類の電気熱変換素子
を種類別に独立に駆動して、前記液体をＶｄ１の体積で
吐出する第１のモードと、前記液体を前記Ｖｄ１より小
さいＶｄ２の体積で前記第１のモードよりも高精細に前
記液体を吐出する第２のモードとを有する液体吐出ヘッ
ドであって、前記第１のモードで前記液体を吐出する場合には、前記
２種類の電気熱変換素子に同一条件の電圧駆動パルスを
同時に印加し、前記第２のモードで前記液体を吐出する
場合には、前記２種類の電気熱変換素子のうち、いずれ
か一方の電気熱変換素子に前記第１のモードにおける駆
動条件と異なる条件で駆動パルスを印加する駆動パルス
印加手段をさらに含むことを特徴とする液体吐出ヘッ
ド。
【請求項２】前記第２のモードで前記液体を吐出する
場合において、前記駆動パルス印加手段は、前記他方の
電気熱変換素子に吐出駆動電圧以下の駆動パルスを印加
することを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】液体を吐出するための吐出口を有する液
流路と、該１つの液流路に対応して設けられ、前記液体
を吐出するための熱エネルギを発生するための２種類の
電気熱変換素子とを含み、前記２種類の電気熱変換素子
を種類別に独立に駆動して、前記液体をＶｄ１の体積で
吐出する第１のモードと、前記液体を前記Ｖｄ１より小
さいＶｄ２の体積で前記第１のモードよりも高精細に前
記液体を吐出する第２のモードとを有する液体吐出ヘッ
ドであって、前記第２のモードで前記液体を吐出する場合に、前記第
１のモードで前記液体を吐出する場合における前記液体
吐出ヘッドに対する制御温度より高い温度に制御する手
段をさらに含むことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項４】前記温度制御手段は前記液体吐出用の電
気熱変換素子を構成する発熱抵抗体と同一工程で形成さ
れた発熱抵抗体を含むことを特徴とする請求項３記載の
液体吐出ヘッド。
【請求項５】液体を吐出するための吐出口を有する液
流路と、該１つの液流路に対応して設けられ、前記液体
を吐出するための熱エネルギを発生するための２種類の
電気熱変換素子とを含み、前記２種類の電気熱変換素子
を種類別に独立に駆動して、前記液体をＶｄ１の体積で
吐出する第１のモードと、前記液体を前記Ｖｄ１より小
さいＶｄ２の体積で前記第１のモードよりも高精細に前
記液体を吐出する第２のモードとを有する液体吐出ヘッ
ドであって、前記第２のモードで前記液体を吐出するのに用いられる
前記一方の電気熱変換素子の液体発泡開始温度が、前記
他方の電気熱変換素子の液体発泡開始温度よりも低く設
定されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項６】前記２種類の電気熱変換素子は、前記液
流路に、その長さ方向に交差する方向に沿って配列され
ていることを特徴とする請求項５記載の液体吐出ヘッ
ド。
【請求項７】前記２種類の電気熱変換素子は、前記液
流路の長さ方向に沿う寸法が異なるものであり、これら
の寸法の相異により前記２種類の電気熱変換素子の発泡
開始電圧が異なるものであることを特徴とする請求項５
または６に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】前記２種類の電気熱変換素子の上には、
それぞれ異なる厚さの保護膜が設けられており、これら
の膜厚の相異により前記２種類の電気熱変換素子の発泡
開始電圧が異なることを特徴とする請求項５記載の液体
吐出ヘッド。
【請求項９】前記液体はインクであることを特徴とす
る請求項１〜８のいずれかの項に記載の液体吐出ヘッ
ド。
【請求項１０】前記吐出口は前記電気熱変換素子の上
面に沿う方向に配されていることを特徴とする請求項１
〜９のいずれかの項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１１】前記吐出口は前記電気熱変換素子に対
向する方向に配されていることを特徴とする請求項１〜
５、８または９のいずれかの項に記載の液体吐出ヘッ
ド。
【請求項１２】液体を吐出するための吐出口を有する
液流路と、該１つの液流路に対応して設けられ、前記液
体を吐出するための熱エネルギを発生するための２種類
の電気熱変換素子とを含む液体吐出ヘッドを用い、前記
２種類の電気熱変換素子を種類別に独立に駆動して、前
記液体をＶｄ１の体積で吐出する第１のモードと、前記
液体を前記Ｖｄ１より小さいＶｄ２の体積で前記第１の
モードよりも高精細に前記液体を吐出する第２のモード
とで前記液体吐出を行う液体吐出装置であって、前記第１のモードで前記液体を吐出する場合と、前記第
２のモードで前記液体を吐出する場合において、駆動パ
ルス、温度制御および駆動電圧からなる液体吐出条件群
より選択された少なくとも１つの条件を異ならせること
を特徴とする液体吐出装置。