| 【発明の名称】 |
インクジェット記録ヘッド |
| 【発明者】 |
【氏名】渡辺 秀則
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| 【要約】 |
【課題】駆動周波数が高く、かつ印字品位の高いインクジェットヘッドを提供する。
【構成】液流路は、吐出圧力発生素子２の両側近傍から、供給口に向かって吐出圧力発生素子の配置された基板を掘り込んで形成された複数の溝５を含む構造で構成する。複数の溝以外の領域に形成された流路の一部に、液体の流れを阻止する遮蔽物を配置する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から液体が供給される供給口と、該液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通し、前記供給口から供給された前記液体を前記吐出口へと導く液流路と、該液流路の一部に設けられた、前記液体を吐出するための圧力を発生する吐出圧力発生部とを有し、前記供給口が、前記吐出圧力発生部を構成する吐出圧力発生素子が形成された基板に貫通口として形成されるインクジェット記録ヘッドであって、
前記液流路は、前記吐出圧力発生素子の両側近傍から、前記供給口に向かって前記基板を掘り込んで形成された複数の溝を含む構造で構成され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】
前記複数の溝上に形成された流路の高さＬＨ１と、該複数の溝以外の領域に形成された流路の高さＬＨ２が、ＬＨ１＞ＬＨ２、である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】
前記複数の溝は２本であり、該溝上に形成された流路の幅がＷ１、該複数の溝以外の領域に形成された流路の幅Ｗ２である場合、ＬＨ１×Ｗ１×２＞ＬＨ２×Ｗ２、であることを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
前記複数の溝以外の領域に形成された流路の一部に、液体の流れを阻止する遮蔽物を有することを特徴とする、請求項１ないし請求項３に記載のインクジェット記録ヘッド。
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【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクなどの液体を液滴として吐出し、それを紙などの被記録材に付着させて記録を行うインクジェット記録ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録方式（液体噴射記録方式）に適用されるインクジェット記録ヘッドは、一般に、微細な吐出口（オリフィス）、それに通じる液流路、および該液流路の一部に設けられた、吐出圧力発生素子を備える吐出圧力発生部を複数備えている。吐出圧力発生素子としては、例えば、電気熱変換素子が用いられる。このインクジェット記録ヘッドにおいては、電気熱変換素子に駆動信号が印加され、それによって、電気熱変換素子はインクの核沸騰を越える急激な温度上昇を生じてインク内に気泡を生じさせる。この際に生じる圧力によって、インクの液滴が吐出される。各電気熱変換素子には、記録情報に応じて駆動信号が印加され、それによってインクは各吐出口から選択に吐出される。
【０００３】
このようなインクジェット記録ヘッドにおいては、高精細で高品位の画像を得られるようにすることが望まれている。このためには、吐出口から小さな液滴を吐出できるようにし、また、液滴をそれぞれの吐出口から常に同じ体積、吐出速度で吐出できるようにすることが望ましい。
【０００４】
これを達成する方法として、特許文献１ないし特許文献３には、電気熱変換素子によって生成された気泡を外気と連通させて液滴を吐出させる方法が開示されている。この方法によれば、吐出される液滴の大きさは、吐出口の大きさ、および電気熱変換素子とオリフィス面との距離（以下、「ＯＨ距離」と称す。）によって決まり、常にほぼ一定の大きさの小さな液滴を吐出させることができる。
【０００５】
このような方法によって液滴を吐出するインクジェット記録ヘッドにおいて、より小さな液滴を吐出させて、より高精彩な画像を形成できるようにするためには、ＯＨ距離を短くすることが好ましい。
【０００６】
インクジェット記録ヘッドにおいて、吐出された液体は通常複数に分裂し、最も体積の大きな液滴（以下、主滴と呼ぶ）と、その他の液滴（以下、サテライトと呼ぶ）に分裂する。一般にサテライトは画像品位を低下させる原因となるので、サテライトの発生を抑制することが望まれる。このサテライトの発生を抑制するためにも、ＯＨ距離を短くすること有効である。
【０００７】
吐出される液滴の大きさを所望の大きさにするために、ＯＨ距離を正確に、また再現性良く設定できることが必要である。
【０００８】
このようにＯＨ距離を正確に再現性良く所定の距離に設定することができる、インクジェット記録ヘッドの製造方法としては、特許文献４に開示された方法がある。この製造方法では、吐出圧力発生素子が形成された基板上に溶解可能な樹脂にて液流路の型を形成する。その後、常温にて固体状のエポキシ樹脂を含む被覆樹脂を溶媒に溶解して、これを溶解可能な樹脂層上にソルベントコートして、各液流路間を仕切る流路壁などを構成する被覆樹脂層を形成する。その後、被覆樹脂層に吐出口を開口する。最後に、溶解可能な樹脂層を溶出させて除去する。
【０００９】
図１３に、このようにして作られたインクジェット記録ヘッドの模式図を示す。図１３（ａ）は、このインクジェット記録ヘッドの、被覆樹脂層によって形成されたオリフィスプレート２３を取り外した状態で示す斜視図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＡ−Ａ‘線に沿って切断した拡大断面図である。
【００１０】
このインクジェット記録ヘッドは、表側の面に複数の吐出圧力発生素子２２が形成された基板２１を有している。基板２１には、裏面マスク層２５をマスクとするエッチングによって、基板２１を貫通するスルーホールとして形成された供給口２６が設けられている。吐出圧力発生素子２２は、供給口２６の、基板２１の表側の面の、開口の長手方向に沿ってその両側に一列ずつ所定のピッチで並んで形成されている。このインクジェット記録ヘッドは、いわゆるサイドシュータ型の記録ヘッドであり、基板２１上に形成されたオリフィスプレート２３には、各吐出圧力発生素子２２の表面に対向する位置に吐出口２４が開口されている。
【００１１】
また、このようなインクジェット記録ヘッドでは、画像の高精細化、高品位化が求められる一方で、高速化も望まれている。このためには、吐出周波数（駆動周波数）を高くできるようにするために、液滴吐出後に流路内にインクを再充填する、すなわちリフィルするのを速くする必要がある。リフィルを速くするには、供給口から吐出口までの間の、インクの供給経路の流抵抗を小さくすることが望まれる。
【００１２】
このように、インクの供給経路の流抵抗を小さくする構成として、特許文献５および特許文献６には、供給口近傍の流路高さが吐出圧力発生素子近傍の流路高さより高いことを特徴とするインクジェット記録ヘッドとその製造方法が提案されている。これらの公報に記載された製造方法では、基板の、供給口近傍から吐出圧力発生素子近傍までの間に相当する部分を掘り込むことによって、供給口近傍の流路高さを高くしている。これによって、インクの供給経路の断面積が大きくなり、したがって、その流抵抗が低減される。このように、これらの公報に記載された構成は、高速化を実現する上で有効な手法である。
【００１３】
このような構成の記録ヘッドの製造方法として、流路と吐出口を構成するオリフィスプレートを基板上に形成する前に、掘り込みやスルーホールである供給口を基板に形成する方法がある。
【００１４】
また、吐出口形成後に掘り込みと、スルーホールである供給口を基板に形成する方法もある。この場合、基板に裏面から表側の面まで穴を開けた後、掘り込み部を形成する。
【００１５】
また、ドライエッチング等により掘り込み部を形成し、引き続いて前記した特許文献４に開示された方法で液流路を形成しても良い。
【００１６】
ところで、特許文献５および特許文献６に記載されたような記録ヘッドのでは、以下のような問題があった。図１１を用いて詳細に説明する。
【００１７】
図１１は従来のインクジェットヘッドの、吐出圧力発生素子の近傍の構造を示した図である。図１１において１は吐出圧力発生素子が形成されている基板、２は吐出圧力発生素子、３は吐出口、流路壁が形成されているオリフィスプレートである。５は流路、６は基板１が掘り込まれた掘り込み部、７は供給口、８は吐出口である。
【００１８】
前記したように、図１１に示した構造では、吐出圧力発生素子２とオリフィス面の距離ＯＨが短く、基板１の流路を構成する部分が掘り込まれ、掘り込み部６が形成されているため流路５の高さが高く、流抵抗が低い構造となっている。したがって印字特性に優れかつリフィル周波数の高いインクジェットヘッドが可能となっている。
【００１９】
しかしながら図１１に示した構造では流路５の流抵抗が低いため、吐出圧力発生素子を駆動しインクを吐出させる際、泡９が図１２に示したように流路側と流路と反対側で非対称に成長してしまうという問題があった。この時、吐出される液体に加わる圧力が非対称になり、液体が理想とする吐出方向（通常はオリフィス面に対して垂直方向）に飛翔せず、理想とする吐出方向からある傾きを持って飛翔してしまうという問題が発生する。この場合、液滴は所望の位置からずれて被記録材に着弾するため印字品位が低下する。
【００２０】
前記したように、インクジェット記録ヘッドにおいて、吐出された液体は通常複数に分裂し、主滴とサテライトに分裂する。
【００２１】
液体に加わる圧力が非対称になった場合、主滴の吐出方向が理想方向からずれるだけでなく、主滴とサテライトの吐出方向がずれるという問題も発生する。
【００２２】
この場合、被記録材に着弾した液滴の形状は、主滴とサテライトが分離して被記録材に着弾するため、理想的な真円形状からずれ、印字品位を低下させる。
【特許文献１】特開平４−１０９４０号公報
【特許文献２】特開平４−１０９４１号公報
【特許文献３】特開平４−１０９４２号公報
【特許文献４】特登録３１４３３０７号公報
【特許文献５】特開平１０−０９５１１９号公報
【特許文献６】特開平１０−０３４９２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は前記の課題を解決するもので、ＯＨ距離が短く、流路の流抵抗が小さく、液滴がオリフィス面に対して垂直方向に飛翔する、すなわち駆動周波数が高く、かつ印字品位の高いインクジェットヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上述の目的を達成するため、
本発明のインクジェット記録ヘッドは、外部から液体が供給される供給口と、該液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通し、前記供給口から供給された前記液体を前記吐出口へと導く液流路と、該液流路の一部に設けられた、前記液体を吐出するための圧力を発生する吐出圧力発生部とを有し、前記供給口が、前記吐出圧力発生部を構成する吐出圧力発生素子が形成された基板に貫通口として形成されるインクジェット記録ヘッドであって、
前記液流路は、前記吐出圧力発生素子の両側近傍から、前記供給口に向かって前記基板を掘り込んで形成された複数の溝を含む構造で構成されることを特徴とする。
【００２５】
前記複数の溝上に形成された流路の高さＬＨ１と、該複数の溝以外の領域に形成された流路の高さＬＨ２が、ＬＨ１＞ＬＨ２のであることを特徴とする。
【００２６】
前記複数の溝は２本であり、該溝上に形成された流路の幅がＷ１、該複数の溝以外の領域に形成された流路の幅Ｗ２である場合、ＬＨ１×Ｗ１×２＞ＬＨ２×Ｗ２、であることを特徴とする。
【００２７】
前記複数の溝以外の領域に形成された流路の一部に、液体の流れを阻止する遮蔽物を有しても良い。
【発明の効果】
【００２８】
本実施形態のインクジェット記録ヘッドでは、ＯＨ距離、インク流路の流抵抗が自由に調整でき、また吐出されるインクに均一に圧力が加わる。
【００２９】
したがって、より小さな液滴を吐出させて、より高精彩な画像を形成できるようにＯＨ距離を短くしても、インクの供給経路の流抵抗を小さくすることが可能であり、それによって駆動周波数すなわち記録速度を高くすることが可能である。
【００３０】
また吐出された液滴は、ほぼ理想とする吐出方向（通常はオリフィス面に対して垂直方向）に飛翔し、紙面に着弾した液滴のドット形状は真円に近い理想的な物となり、画像品位を向上させることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００３２】
（第１の実施形態）
図１ないし４を参照して、本発明の第１の実施形態の、インクジェット記録ヘッドについて説明する。本実施形態では吐出圧力発生素子として、電気熱変換素子（ヒータ）を使用し、液体としてはインクを使用した場合について説明する。
【００３３】
図１は本発明のインクジェット記録ヘッドの平面図、図２は図１のＡ−Ａ‘線に沿って切断した断面図である。図３は図１のＢ−Ｂ‘線に沿って切断した断面図である。図４は図１のＣ−Ｃ‘線に沿って切断した断面図である。
【００３４】
図１ないし４において、１はシリコン等からなる基板、２はヒータ、３はインク流路壁および吐出口が形成されたオリフィスプレートである。
【００３５】
４はヒータが配置された基板表面とオリフィスプレートに挟まれた領域からなる流路高さの低いインク流路、５は基板が掘り込まれた領域とオリフィスプレートに挟まれた領域からなる流路高さの高いインク流路である。
【００３６】
６は基板１が掘り込まれた掘り込み部（溝）、７は供給口、８は吐出口である。
【００３７】
通常、基板１には、ヒータ２を駆動するためのトランジスタなどを含む半導体回路や、記録ヘッドを記録装置本体側と電気的に接続するのための電極パッドが形成されているが、図面を分かりやすくするため、各図においては図示を省略している。また図１では、オリフィスプレート３の一部からなる流路の側壁のみを示し、吐出口８や吐出口が配置されているオリフィスプレート３の表面は図示していない。
【００３８】
本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、図１に示すように、インクを吐出させる圧力を発生する複数のヒータ２が、基板上に所望の間隔で配置されている。
【００３９】
ヒータ２は、供給口７の長手方向に沿ってその両側にそれぞれ一列に並んで所定のピッチで配置されており、両側の列における吐出圧力発生素子２の並びは、半ピッチだけずれている。各ヒータ２の表面に対面する位置には図２、図４に示すように吐出口８が配置さている。
【００４０】
図１、図３、図４に示したように、基板１のヒータ２が形成された表側の面の一部は、ヒータ２の両端近傍から供給口７に至るまで所望の幅で図３中Ｘで示した深さで掘り込まれ、掘り込み部６が形成されている。
【００４１】
この掘り込み部６と、オリフィスプレート３の間の領域から、流路高さの高いインク流路５が形成されている。流路高さの高いインク流路５の流路高さは図３中ＬＨ１で示してある。
【００４２】
一方、流路高さの低い流路４は図１、図２、図４に示したように、ヒータ２が配置された基板１の表面とオリフィスプレート３の間の領域から形成される。流路高さの低いインク流路４の流路高さは図２中ＬＨ２で示してある。
【００４３】
また、流路高さの高いインク流路５の幅を図４中Ｗ１で、流路高さの低いインク流路４の幅を図４中Ｗ２で示す。
【００４４】
このように、本実施形態のインクジェット記録ヘッドでは、ヒータ２の両側から、供給口７で向かって基板１を掘り込んで形成された複数の掘り込み部６を含む構造で構成される。
【００４５】
インク流路の流抵抗は掘り込み部６の深さや幅を調整することで変化させることが出来る。
【００４６】
したがってこの構成をとることで、画像形成に影響を与えるＯＨ距離を自由に設定しつつ、駆動周波数に影響を与えるインク流路の流抵抗を自由に設定できる。
【００４７】
供給口７からヒータ２へは、流路高さの低いインク流路４と、流路高さの高いインク流路５を経由してインクが供給される。
【００４８】
流路高さの低いインク流路４流路と、流路高さの高いインク流路５の寸法が下記（式１）の関係を満たす時、流路高さの高いインク流路５流路の流抵抗が、流路高さの低いインク流路４の流抵抗より低くなるため、インクは主に流路高さの高いインク流路５を経由して、供給口７からヒータ２近傍まで供給される。
【００４９】
ＬＨ１×Ｗ１×２＞ＬＨ２×Ｗ２ （式１）
この様子を図５に示す。
【００５０】
この様な構成の場合、ヒータを駆動し、インクを吐出させた場合の様子を図６ないし図８に示す。図６ないし図８で、９は泡、１０は吐出されたインクを示す。
【００５１】
図６は本発明のインクジェット記録ヘッドの平面図、図７は図６のＡ−Ａ‘線に沿って切断した断面図である。図８は図６のＢ−Ｂ‘線に沿って切断した断面図である。
【００５２】
泡は図６ないし図８に示したように主に流抵抗の低い方向に、すなわち流路高さの高いインク流路５に向かって成長し、流路高さの低いインク流路４の領域ではあまり成長しない。
【００５３】
ヒータ２の両側に流路高さの高いインク流路５が配置されているため泡は、供給口７の長手方向に平行な方向にも、供給口７の長手方向に垂直な方向にもほぼ対称に成長する。
【００５４】
この時、吐出されるインクに加わる圧力もほぼ均一に加わるため、吐出されたインク１０は、ほぼ理想とする吐出方向（通常はオリフィス面に対して垂直方向）に飛翔する。
【００５５】
この様な吐出状態では、主滴とサテライトの吐出方向がほぼ同一であり、紙面に着弾した液滴のドット形状は真円に近い理想的な物となる。
【００５６】
このように、本実施形態のインクジェット記録ヘッドでは、ＯＨ距離、インク流路の流抵抗が自由に調整でき、また吐出されるインクに均一に圧力が加わる。
【００５７】
したがって、より小さな液滴を吐出させて、より高精彩な画像を形成できるようにＯＨ距離を短くしても、インクの供給経路の流抵抗を小さくすることが可能であり、それによって駆動周波数すなわち記録速度を高くすることが可能である。
【００５８】
また吐出された液滴は、ほぼ理想とする吐出方向に垂直に飛翔し、紙面に着弾した液滴のドット形状は真円に近い理想的な物となり、画像品位を向上させることが出来る。
【００５９】
（第２の実施形態）
次に、図９、図１０を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。
【００６０】
第２の実施形態では、第１の実施形態で示した構造に加え、流路高さの低いインク流路４中に、液体の流れを阻止する遮蔽物１１を有する。遮蔽物１１が存在することにより、流路高さの低いインク流路４中でヒータ２から供給口７方向へのインクの流れが妨げられる。したがって、インク吐出時にヒータから供給口へ向かう泡の成長が抑制され、インク吐出時の泡は、供給口７の長手方向に平行な方向にも、供給口７の長手方向に垂直な方向にもより対称に成長する。また、吐出されるインクに加わる圧力の均一性も向上し、その結果、より画像品位を向上させることが出来る。
【００６１】
第１の実施形態で示した構造のインクジェット記録ヘッドを試作し、ドット形状の観察を行った。掘り込みはドライエッチングにより行い、ＬＨ１を１５μｍ、ＬＨ２を６μｍ、Ｗ１を９μｍ、Ｗ２を２０μｍとした。
【００６２】
このようにして得られたインクジェット記録ヘッドでは、ＬＨ１×Ｗ１×２＞ＬＨ２×Ｗ２、を満足し、駆動周波数２０ｋＨｚで印字を行っても、ドット径が真円に近く画像品位の高い印字物が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドの模式図（平面図）
【図２】本発明の第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドの模式図であり、図１のＡ−Ａ‘線に沿って切断した断面図
【図３】本発明の第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドの模式図であり、図１のＢ−Ｂ‘線に沿って切断した断面図
【図４】本発明の第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドの模式図であり、図１のＣ−Ｃ‘線に沿って切断した断面図
【図５】本発明の第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドの、効果を説明するための模式図（平面図）
【図６】本発明の第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドの、効果を説明するための模式図（平面図）
【図７】本発明の第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドの、効果を説明するための模式図であり、図６のＡ−Ａ‘線に沿って切断した断面図
【図８】本発明の第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドの、効果を説明するための模式図であり、図６のＢ−Ｂ‘線に沿って切断した断面図
【図９】本発明の第２の実施形態のインクジェット記録ヘッドの模式図（平面図）
【図１０】本発明の第２の実施形態のインクジェット記録ヘッドの模式図であり、図９のＡ−Ａ‘線に沿って切断した断面図
【図１１】従来のインクジェット記録ヘッドの模式図（断面図）
【図１２】従来のインクジェット記録ヘッドの問題点を説明するための模式図（断面図）
【図１３】従来のインクジェット記録ヘッドの模式図であり、図１３（ａ）は、オリフィスプレートを取り除いた状態で示す斜視図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＡ−Ａ‘線に沿って切断した断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ 基板
２ ヒータ（吐出圧力発生素子）
３ オリフィスプレート
４ 流路高さの低いインク流路
５ 流路高さの高いインク流路
６ 掘り込み部（溝）
７ 供給口
８ 吐出口
９ 泡
１０ 吐出されたインク
１１ 遮蔽物
２１ 基板
２２ 吐出圧力発生素子
２３ オリフィスプレート
２４ 吐出口
２５ 裏面マスク層
２６ 供給口
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１００７
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
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| 【出願日】 |
平成１８年７月１４日（２００６．７．１４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９０５３８
【弁理士】
【氏名又は名称】西山 恵三
【識別番号】１０００９６９６５
【弁理士】
【氏名又は名称】内尾 裕一
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| 【公開番号】 |
特開２００８−１８６７５（Ｐ２００８−１８６７５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成２０年１月３１日（２００８．１．３１） |
| 【出願番号】 |
特願２００６−１９４２１９（Ｐ２００６−１９４２１９） |
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