JP4953884B2 - 記録ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、インクを吐出することで記録を行うインクジェット記録装置に用いられる記録ヘッドに関する。

一般的に利用されているインクジェット記録方式には、インク滴を吐出するために用いられるエネルギ発生素子として、例えば電気熱変換素子（発熱素子）等のエネルギ発生素子を用いるものがある。これは、発熱素子に電圧を印加することによりその近傍のインクを瞬時に沸騰させ、沸騰時のインクの相変化により生じる急激な発泡圧によってインクを高速に吐出させるものである。

かかる方式においては、半導体製造プロセスと同様の工程を経て小型化された発熱素子を配置することが可能であるので、大きなスペースを記録ヘッドの内部に確保しておかなくても良い。また、記録ヘッドの構造が簡素で、吐出口を高密度に配置することが可能であること等の利点がある。

この種の記録ヘッドの構成について説明する。この記録ヘッドは、インクを吐出させる発熱素子が設けられた素子基板と、この素子基板に接合されるオリフィスプレートとを備えている。オリフィスプレートは、インクの液滴を吐出する複数の吐出口を有するとともに、素子基板に接合されることによって吐出口が連通するエネルギ作用室としての発泡室およびこれに連通するインク流路等が形成される。なお、これら吐出口、エネルギ作用室及びインク流路を総称してノズルという。発泡室の内部空間を画成する壁のうち素子基板の内部には、発熱素子が埋設されている。そして、発熱素子の駆動によって発泡室内部で気泡を発生させ、その発泡圧によって吐出口からインクを吐出する。また、素子基板には、オリフィスプレートに接する主面からその反対側の裏面にかけて素子基板を貫通するようにインク供給口が形成されている。

以上のように構成された記録ヘッドにおいては、インクは、インク供給口からインク流路を通って、発泡室内に供給されて充填される。発泡室内に充填されたインクは、エネルギ発生素子により膜沸騰されて発生する気泡によって、素子基板の主面に対してほぼ直交する方向に飛翔されて、吐出口からインク滴として吐出される。

最近では、インクジェット記録装置にはより高い解像度での記録を実現することが要望されており、これに伴って記録ヘッドにはより微細な吐出口を高密度に実装することが求められている。しかし、吐出口を直線状に配列して高密度に配置すると、隣接する吐出口の間の距離が短くなり、吐出口に対応した発泡室の間の距離も短くなる。従って、発泡室の間の壁の厚さ及びインク流路の間の壁の厚さが薄くなることで、素子基板とオリフィスプレートとの密着性が低下し、オリフィスプレートと素子基板とが剥がれ易くなる等の問題が発生する虞がある。

そこで、特許文献１のように、直線状に延在する一つの共通したインク供給口に対して同じ側に二列の吐出口列を配置し、且つ、各列の吐出口間の関係では吐出口をずらして千鳥状に配列することが考えられる。このように吐出口を配列することで、吐出口を高密度に配置したまま、隣接している発泡室どうしの間隔が確保される。従って、発泡室の間の壁の厚さが厚くなり、素子基板とオリフィスプレートとの密着性が向上する。

特開２００６−３１５３９５号公報

ところが、このように吐出口列を配置すると、インク供給口から吐出口までの距離が一定でなくなることになる。つまり、インク供給口からの距離が比較的長い位置に配置された吐出口と、比較的短い位置に配置された吐出口とがオリフィスプレート上に形成されていることになる。また、それと共にインク供給口からその吐出口に対応したエネルギ発生素子までの流路の長さも一定でなくなる。

このように、インク供給口から吐出口及びエネルギ発生素子までの距離が異なると、吐出されるインクの吐出特性が異なることになる。インク供給口から吐出口及びエネルギ発生素子までの距離が長いと、吐出されるインクの速度が速く、インクの流量も大きくなる。これは、インク供給口から吐出口までの距離が異なると、インク供給口と吐出口との間のインク流路におけるインクの流れの抵抗が異なることによるものである。インク流路が長くなると、インクが吐出されるまでにインクに働く摩擦が大きくなり、また、それに加えてインクを移動させる際に必要とされる慣性力が大きくなる。従って、インク流路の長さが長い程、インク流路内のインクの有する吐出の際の抵抗は大きくなる。この抵抗が大きいと、吐出口からインクを吐出する際に、発熱素子が熱せられて発生する気泡に関して、インク供給口から吐出口へ向かう方向とは逆方向（つまり吐出口からインク供給口へ向かう方向）へ膨張する膨張量が少なくなる。従って、気泡がインクを押し退けるための発泡圧による力におけるインク供給口から吐出口へ向かう方向に対して逆方向への成分が小さくなる。そして、その分、吐出口へ向かう吐出方向への気泡の膨張量が大きくなる。従って、発泡圧による力における吐出方向成分が大きくなる。発泡圧による力の吐出方向成分が大きくなるので、吐出口から吐出されるインクの流速が速くなり、流量が大きくなる。

インク供給口からの距離と吐出されるインクの速度及び流量との関係を示すテーブルを図１１に示す。図１１は、エネルギ発生素子としてサイズが一辺１５μｍの略正方形の電気熱変換素子を用いた場合の、インク供給口からの距離が長い吐出口から吐出されるインクの速度と距離が短い吐出口から吐出されるインクの速度とを比較したテーブルである。

インク供給口からの距離の短い吐出口から吐出されるインクの速度を基準とし、インク供給口からの距離の長い吐出口からのインクの速度をインク供給口からの距離の短い吐出口から吐出されるインクの速度で割った速度比は、１．２であった。このように、インク供給口から吐出口までの距離が異なると、その吐出口から吐出されるインクの速度が異なる。このインクの速度については、吐出量が０．６、０．８、１．１（ｐｌ）のときについていずれの場合も同様の傾向を示した。

そして、インク供給口から吐出口までの距離が長くなることで吐出されるインクの速度が過度に速くなると、液滴の一部が分離して微細な液滴となるインクミストが発生することがある。特に、インクミストが多く発生してしまうと、記録装置の内部に付着して汚れとなり、この汚れが記録媒体に付着することでこれを汚すことがある。また、インクミストがインクジェット記録装置に配置されるセンサなどに付着すると、装置の誤動作を引き起こす虞もある。

図１２に、１ｐｌ以下の吐出量の際の、吐出されるインクの速度とインクミストの発生量の関係についての傾向を示したグラフを示す。図１２のグラフでは、発生するインクミストの量を縦軸に取り、吐出されるインクの速度を横軸に取って、不具合が起こり得るときのインクミストの発生量が示されている。図１２に示されるように、インクミストの発生量に注目すると、あるインクの速度を越えたときにインクの速度が大きくなるにつれ発生するインクミストの量が大きくなっている。

また、吐出されるインクの流量が吐出口ごとに異なると、インクが記録媒体へ記録された際に、画像に濃度差が生じる虞がある。吐出されるインクの流量が多いと記録される画像が濃くなり、インクの流量が少ないと薄くなる。また、吐出されるインクの流速が過度に大きくなると、吐出されるインクの流れが乱れ、記録媒体に着弾した際にドットの形状に差が生じることがある。

ここで、インク供給口から吐出口までの距離が異なる吐出口に対して吐出速度、吐出量を揃えるために、インク供給口から吐出口までのインクの流路であるインク流路の幅を調節することでインク流路におけるインクの抵抗を調節することが考えられる。つまり、インク流路の長さが異なることで流れの抵抗がインク流路ごとに異なってしまったのを、インク流路の幅によって抵抗を調節することでそれぞれの吐出口から吐出されるインクの速度及び流量を揃えることが考えられる。

しかし、インク流路の幅が狭いと、製造工程での寸法の僅かな違いでそのインク流路を流れるインクの流抵抗が大きく異なり、流抵抗が寸法の違いに敏感になる。このように、幅を狭くしたインク流路では、インク流路のロバスト性が低いので、吐出されるインクのインク特性が安定しない。

インク流路の幅を狭くすることによってインク流路のロバスト性が低くなる具体例については、図１３及び図１４に示されている。図１３は、インク流路の幅が８μｍ及び６μｍのときを基準として記録ヘッドの製造の際にインク流路の幅の寸法に±１μｍの誤差が生じた際の、その誤差によるインク流路内のインクの粘性抵抗の変動を示すテーブル及びそのグラフである。図１４は、インク流路の幅が８μｍ及び６μｍのときを基準として記録ヘッドの製造の際にインク流路の幅の寸法に±１μｍの誤差が生じた際の、その誤差によるインク流路内のインクの慣性抵抗の変動を示すテーブル及びそのグラフである。ここで、図１３及び図１４の説明のために、インク供給口からの流路の長さが相対的に長い吐出口を長ノズル、相対的に短い吐出口を短ノズルとする。インク流路の幅が８μｍの場合には、記録ヘッドの製造の際に±１μｍの寸法のバラツキがあったとき、流抵抗（粘性抵抗及び慣性抵抗）の変動は、長ノズル、短ノズルとで略同じである。しかしながら、インク流路における流抵抗が長ノズルと短ノズルとを略同じとなるようにするために、短ノズルのインク流路の幅を狭くした場合には、±１μｍの寸法の違いがあったときに、短ノズルの粘性抵抗及び慣性抵抗の変動が大きくなる。このため、記録ヘッドの製造の際に、このように僅かでも寸法の違いが生じたときに、吐出されるインクの特性が大きく異なってくる。従って、記録ヘッドの製造の際に製造工程において高い精度が求められ、製造に手間がかかるようになるので、このようにインク流路の幅を狭くすることは好ましくない。

また、長ノズルによって吐出されるインクの流量を小さくするために、吐出口径を小さくすることも考えられる。しかし、これによってインクの流量を小さくすることは可能であっても、吐出されるインクの速度を低減させることは困難である。

そこで、本発明は上記の事情に鑑み、隣接するインク流路の間隔を確保するために千鳥状に吐出口を配列することでインク供給口から吐出口までの距離が吐出口ごとに異なったとしても、インクの特性を揃えることが可能な記録ヘッドを提供することにある。

本発明の記録ヘッドは、インクを吐出するための吐出口と、該吐出口からインクを吐出するために利用される、通電させることで発熱する電気熱変換素子が配されたエネルギ作用室と、該エネルギ作用室に対しインクを導入する流路と、該流路に連通するインク供給口とを有する記録ヘッドにおいて、複数の前記流路のうち、相対的に長い第一の流路に対応して第一の吐出口と第一の電気熱変換素子が設けられるとともに、相対的に短い第二の流路に対応して第二の吐出口と第二の電気熱変換素子が設けられ、前記第一の吐出口と前記第二の吐出口の開口径が等しく、かつ、前記第一の流路と前記第二の流路の断面積が等しく、前記第一の電気熱変換素子は、前記第二の電気熱変換素子より面積が小さく、かつ、通電方向の長さが長いことを特徴とする。

本発明にかかる記録ヘッドによれば、エネルギ発生素子がインク供給口からの流路の長さに応じた面積を有している。従って、吐出口を千鳥状に配列することでインク供給口からの距離がそれぞれの吐出口及びエネルギ発生素子で異なったとしても、それに応じてインクに与えられるエネルギの量を調節することができる。これにより、インク供給口から吐出口及びエネルギ発生素子までの流路の長さが異なることによりインクに与えられる吐出方向への発泡圧による力が異なっても、吐出されるインクの特性を揃えることができる。従って、インク供給口からの距離の異なる吐出口から、略等しい特性を有するインクが吐出されることが可能となり、インクが記録媒体に付与された際に、画像に濃度差やドット形状の差が生じることを抑えることができる。

（第一実施形態）
以下、本発明を実施するための第一実施形態を添付図面を参照しながら説明する。

図１（ａ）は、第一実施形態に係るインクジェット記録装置における記録ヘッド１の一部を破断してその構造を概略的に示す斜視図である。本実施形態の記録ヘッド１は、素子基板２にオリフィスプレート３が接合されて形成されている。図１（ｂ）に、素子基板２の平面図を示す。

素子基板２には、記録ヘッド１にインクを導入するために素子基板２を貫通してインク供給口４が形成されている。そして、素子基板２とオリフィスプレート３が接合されることで、それらの間には、インク供給口４に連通して共通液室５が画成される。オリフィスプレート３には、共通液室５に連通してインクを記録ヘッド１の外部に吐出する吐出口６が形成されている。素子基板２における吐出口６に対応した位置には、吐出口６からインクを吐出するために利用されるエネルギを発生するエネルギ発生素子としての発熱素子７が設けられている。本実施形態では、発熱素子７は、通電に応じて発熱する電気熱変換素子である。共通液室からは、各吐出口６に向かってインクを導入する流路であるインク流路８が形成される。また、共通液室５に連通する端部とは反対側のインク流路８の端部であって吐出口６に対向する部位は、発熱素子７が埋設されたエネルギ作用室としての発泡室９となる。

本実施形態の記録ヘッド１では、オリフィスプレート３には複数の吐出口６が形成されている。インク供給口４を挟んで一方の側には、相対的に小さな開口径を有し二列に配列された開口径の等しい複数の吐出口６ａが千鳥状に配置されており、インク供給口４の他方の側には相対的に大きな開口径を有する複数の吐出口６ｂが直線状に配置されている。吐出口６ａは相対的に小量の吐出量（例えば０．５ｐｌ）を得るために形成されている吐出口であり、吐出口６ｂは相対的に多量の吐出量（例えば３ｐｌ）を得るために形成されている吐出口である。なお、吐出口６ａは例えば２４００ｄｐｉ（ドット／インチ；参考値）の密度で配列され、吐出口６ｂは例えば１２００ｄｐｉの密度で配列されたものとすることができる。

共通液室５内には、素子基板２とオリフィスプレート３との間に荷重を受け持つための円柱状の柱１０が複数設けられている。これにより、オリフィスプレート３の内部で大きな空間を占める共通液室５の部分が補強され、記録ヘッド１の耐久性が向上する。

図１における記録ヘッド１のII-II線に沿う断面図のうちの要部を図２に示す。また、図２におけるIII-III線に沿う断面図を図３に示し、図２におけるIV-IV線に沿う断面図を図４に示す。図２に示されるように、本実施形態においては、インク供給口４の一方の側（同一側部）には吐出口６ａが千鳥状に二列配列されている。従って、インク供給口４の一方の側におけるオリフィスプレート３上には、インク供給口４からの距離が異なる二種類の吐出口６ａが存在することになる。ここで、吐出口６と、共通液室５と、インク流路８とを合わせたものをノズルという。

また、発熱素子７は、吐出口６に対応した位置の発泡室９の下方に埋設されているので、吐出口６のインク供給口４からの距離が異なるのに伴い、それに対応した位置に配置されている発熱素子７のインク供給口４からの長さも異なる。つまり本実施形態では、インク供給口４からの流路であるインク流路８の長さが異なる二種類の発熱素子７が配置されることになる。ここで、インク供給口４から吐出口６までの距離が相対的に短い方のインク流路８（第二の流路）に連通する発泡室９に配置されている発熱素子を発熱素子７Ａ（第二のエネルギ発生素子）とする。そして、その発熱素子７Ａに対応して形成されている吐出口を吐出口６Ａ（第二の吐出口）とする。また、インク供給口４から吐出口６までの距離が相対的に長い方のインク流路８（第一の流路）に連通する発泡室９に配置されている発熱素子を発熱素子７Ｂ（第一のエネルギ発生素子）とする。そして、その発熱素子７Ｂに対応して形成されている吐出口を吐出口６Ｂ（第一の吐出口）とする。従って、ノズルには、相対的に長いインク流路８を含むノズル（第一のノズル）と、相対的に短いインク流路８を含むノズル（第二のノズル）とがあることになる。なお、発熱素子７は素子基板２の内部に埋設されているため、本来は図１及び図２では図面上に表れてこないのだが、ここでは説明のために示すものとする。

図２に示されるように、発熱素子７Ａと発熱素子７Ｂとの面積を比較すると、発熱素子７Ａの方が発熱素子７Ｂより大きい。すなわち、インク供給口４からの距離が短いインク流路８には、相対的に面積の大きい発熱素子７Ａが配置されており、インク供給口４からの距離が長いインク流路８には、相対的に面積の小さい発熱素子７Ｂが配置されている。

なお、本実施形態では、吐出口６ａに連通するインク流路８は、その幅が８μｍ、高さは１４μｍに形成され、夫々のインク流路の断面積は実質的に等しい。

次に、インクが吐出される際の記録ヘッド１の動作について説明する。

発熱素子７に通電すると、電気エネルギが熱に変換されて発熱素子７が発熱する。これにより、発熱素子７に面した発泡室９の内部で発熱素子７上に位置したインクが蒸発し、そこで気泡が生じる。発泡室９の内部で気泡が生じると、発泡室９内部のインクが気泡に押し退けられて、発熱素子７の上方に位置したインクが押されて移動する。そして、移動する発泡室９内部のインクのうちの一部のインクは、生成される気泡により吐出口の方へ押され、インクが吐出口６から吐出される。吐出口６から吐出されたインクは、記録媒体における所定位置に着弾することになる。

このとき、インク流路８内のインクの流抵抗が大きければ、気泡はインク供給口４へ向かう方向に広がるのに大きな力が必要とされる。従って、発熱素子７上で発生した気泡は、インク供給口４に向かう方向には膨張し難くなる。これにより、気泡はインク供給口４に向かう方向にはあまり膨張せずに、その分、吐出口６へ向かう方向に膨張する。そして、気泡の膨張が吐出方向へ偏った分、発泡室９の内部に貯留されているインクへ与えられる運動エネルギのうち吐出方向に与えられる成分が大きくなる。発泡室９の内部のインクへ与えられる吐出方向への運動エネルギが高まるので、吐出されるインクの速度及び流量が大きくなる。逆に、インク流路８内のインクの流抵抗が小さければ、発泡室９内部のインクへ与えられる運動エネルギのうち吐出方向への運動エネルギが小さくなるので、吐出されるインクの速度及び流量は相対的に小さくなる。このように、気泡を介してインクに与えられる運動エネルギのうち吐出方向への成分は、インク流路８内の流抵抗に応じて変化する。

インク流路８における流抵抗は、幅および高さ、つまりインク流路８の断面積が等しければインク流路８の長さに応じて異なる。インク流路８が長いとその内部を流れるインクの流抵抗は大きくなり、インク流路８が短いとその内部を流れるインクの流抵抗は小さくなる。従って、図２に示されるように、吐出口６が千鳥状に配列されていることで、インク供給口４からの距離が異なる二種類の吐出口６Ａ、６Ｂが形成され、これにより、流抵抗の異なる二種類のインク流路に連通する吐出口６Ａ、６Ｂが形成されていることになる。

オリフィスプレート上に流抵抗の異なるインク流路８に連通した二種類の吐出口６Ａ、６Ｂが形成されているので、吐出されるインクの速度及び流量は吐出口６Ａ、６Ｂで本来異なってくる。

しかしながら、本実施形態においては、インク流路８の長い発熱素子７Ｂよりもインク流路８の短い発熱素子７Ａの方が、発熱素子７の面積が大きく形成されている。それぞれの発熱素子７は、インク供給口４からの距離に応じた面積を有しており、インク供給口４からの距離が相対的に長い発熱素子７ほど、発熱素子７の面積は小さく、インク供給口４からの距離が相対的に短い発熱素子７ほど、発熱素子７の面積は大きい。従って、発熱素子７から発熱される熱量は発熱素子７Ｂよりも発熱素子７Ａの方が大きく、これにより発泡室９内部に貯留されているインクに与えられる運動エネルギは発熱素子７Ｂよりも発熱素子７Ａの方が大きい。これにより、インク供給口４から発熱素子７までの距離が異なることによる流抵抗の差を相殺させて、異なる長さのインク流路８に連通する吐出口６から吐出されるインクの速度及び流量を揃えるのである。

このように、発熱素子７の面積を調節することにより、千鳥状に配列されることでインク供給口４からの距離が異なる吐出口６Ａ、６Ｂにおけるインク流路８の流抵抗の差を緩和することができる。これにより、異なる流抵抗を有するインク流路８からの吐出口６Ａ、６Ｂから吐出されるインクの速度及び流量を略等しくすることができる。従って、インクが記録媒体に着弾した際に、画像に濃度差やドット形状の差が生じることを抑えることができる。また、発熱素子７の面積を過度に大きくせずに、インクの速度を抑える方向にインク特性を揃えることで、インクを吐出する際のインクミストの発生を抑えることができる。また、発熱素子７の面積を大きくせず、吐出されるインクの速度及び流量を抑える方向、すなわち、吐出口６Ａを含むノズルの特性が得られるように揃えた場合、吐出口６Ｂに対応して配される発熱素子７の面積が小さくなる。このことから、発熱素子７における消費電力を抑えることができる。発熱素子７の面積が小さくなることから、記録ヘッド１の小型化を図ることができる。また、発熱素子における消費電力が抑えられるので、記録装置の運転コストが抑えられる。また、この場合、発熱素子７からの発熱量が全体的に小さくなるので、吐出動作を繰り返し行うことによる記録ヘッド１の温度上昇が抑えられる。また、記録ヘッド１の温度上昇が抑えられるので、記録ヘッド１において部分的な温度上昇が生じることによるインク吐出量のばらつきを低減することができる。

また、本実施形態の記録ヘッド１は、隣接するインク流路８の間の間隔を保ちつつ高密度に吐出口６が配列されたまま、吐出口６から吐出されるインクのインク特性を揃えている。従って、インク流路８間の壁の厚さが確保され、素子基板２とオリフィスプレート３との間で密着性が向上する。これにより、記録ヘッド１の強度が確保される。

なお、本実施形態においては、後述する実施形態と異なり、発熱素子７は略正方形の形状に形成されている。従って、同面積の後述するような長方形の発熱素子と比較すると、本実施形態の発熱素子は、発泡に寄与する実効的な面積（有効発泡面積）が比較的大きく確保される。従って、発熱素子の面積に対して発泡効率が良い。従って、本実施形態の発熱素子７は、後述する長方形の発熱素子に比べて面積をさらに小さくして形成されることが可能である。従って、長方形の発熱素子に比べて消費電力が抑えられる。また、記録ヘッド１の温度上昇も抑えることができる。

さらには、図２の断面図に示されるように、発泡室９の断面が略正方形の形状に形成されている。従って、後述する長方形の発熱素子が配置されている発泡室と比較して、吐出口６の中心から発泡室９におけるインク供給口４とは逆側の壁面までの距離が短い。従って、吐出口６からインクが吐出される際に、発泡室９内部に空気を取り込んでしまうような不具合が発生することを抑えることができる。特に、吐出口６の周囲における発泡室９内部の壁面では、インクの流れが生じない淀み領域となり易く、この領域が大きくなると発泡室９内部に空気を取り込み易くなる。発泡室９内部に空気が取り込まれると、吐出口６からのインクの吐出量が一定しない等の不都合が生じることがあるので、本実施形態の構成は有利である。

（第二実施形態）
次に、図５ないし図７を用いて、第二実施形態について説明する。なお、上記第一実施形態と同様に構成できる部分については図中同一符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

図５には、第二実施形態における記録ヘッド１の要部の断面図が示されている。第一実施形態においては、発熱素子７が略正方形に形成されており、インク供給口４からの距離に応じて発熱素子７の面積を調節する構成とした。これに加えて、本実施形態では、インク供給口４からの距離が短い発熱素子を略正方形の形状とし、インク供給口４からの距離が長い発熱素子を長方形の形状とした。

図５に示されるように、素子基板２には、それぞれの吐出口６に対応した位置に発熱素子が埋め込まれており、インク供給口４からの距離が短い発熱素子を発熱素子１１Ａとし、インク供給口４からの距離が長い発熱素子を発熱素子１１Ｂとする。図示されていないが、本実施形態のそれぞれの発熱素子１１は、いずれも吐出口６の配列方向に対して直交する方向であって、インク流路８が延びている方向に通電されるようになっている。そして、発熱素子１１は、その面積が大きいほど通電する方向に長く、その面積が小さいほど通電する方向に短い形状を有している。なお、本実施形態では、発熱素子１１は、千鳥状に配列された複数の吐出口６の配列方向に対して直交する方向に通電している。そして、発熱素子１１は、複数の吐出口６の配列方向よりも複数の吐出口６の配列方向に対して直交する方向の方が長い長方形である。

本実施形態における記録ヘッド１によってインクを吐出する際には、インク供給口４から発熱素子１１までの距離に応じて抵抗が変化することによって吐出されるインクの速度及び流量が異なることから、その距離に応じて異なる面積の発熱素子１１を配置する。インク供給口４からの距離が短い発熱素子１１Ａでは、インク流路８における抵抗が相対的に小さく、吐出されるインクの速度及び流量も相対的に小さい。また、インク供給口４からの距離が長い発熱素子１１Ｂでは、インク流路８における抵抗が相対的に大きく、吐出されるインクの速度及び流量も相対的に大きい。従って、この差を相殺させて吐出されるインクの速度及び流量を揃えるために、発熱素子１１Ａの面積を発熱素子１１Ｂの面積に対して相対的に大きくする。

しかしながら、このように発熱素子１１の面積に差を持たせることにより、発熱素子１１に通電させた際の電流における抵抗及び発熱素子１１を通電させた際の電圧が異なってくることがある。通常、発熱素子１１の面積が大きければ駆動の際の電圧も大きく、発熱素子１１が小さければ駆動の際の電圧も小さいと考えられる。仮に、発熱素子１１Ａと発熱素子１１Ｂとの間で通電させた際の電圧が異なっているとすると、駆動電圧を統一させることができなくなり、別々の駆動用の電源を用いることになる。その場合、記録ヘッド１を製造する際のコストが嵩む虞がある。

従って、駆動電圧を揃えて統一した駆動電圧による駆動によってインクを吐出させるために、本実施形態ではインク供給口４からの距離が長い発熱素子１１Ｂを長方形とし、インク流路８の延びる方向に長い形状とする。そして、本実施形態の発熱素子１１は、長方形の発熱素子１１Ｂにおける長辺の延びる方向であって、吐出口６の配列方向に対して直交する方向に通電することとした。つまり、発熱素子１１Ｂは、複数の吐出口６の配列方向よりも複数の吐出口６の配列方向に対して直交する方向の方が長い長方形の形状を有している。

これにより、発熱素子１１Ｂの抵抗及び通電させた際の電圧を確保したまま、面積が相対的に小さく、発熱量も抑えられた発熱素子１１Ｂとすることができる。発熱素子１１Ｂを通電方向に長くすることにより、吐出口６から吐出されるインクのインク特性を発熱素子１１Ａと発熱素子１１Ｂとで揃えながら、発熱素子１１Ｂに通電させた際の電圧と発熱素子１１Ａに通電させた際の電圧とを統一させることができる。従って、インク供給口４からの距離の異なる吐出口６から吐出されるインクの特性を揃えながら、駆動電圧を統一することで記録装置の電源を共通化することができるので、記録ヘッド１の製造におけるコストを抑えることができる。

（第三実施形態）
次に、図８を用いて、第三実施形態について説明する。なお、前記第一実施形態及び第二実施形態と同様に構成できる部分については図中同一符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

第二実施形態においては、発熱素子１１Ａと発熱素子１１Ｂとで通電の際の電圧を揃えるために、発熱素子１１Ａを正方形とし、面積の小さい発熱素子１１Ｂの一辺の長さを通電方向に長くした長方形の形状として電圧を発熱素子１１Ａに揃える構成とした。第三実施形態では、図１における大流量のインクを吐出するための吐出口６ｂに対応した位置に配置された発熱素子１２と、吐出口６ａに対応した位置に配置された発熱素子１１Ａとの通電の際の電圧を揃えるために、発熱素子１１Ａも長方形とした。従って、発熱素子１２は略正方形であるが、発熱素子１１Ａ及び発熱素子１１Ｂはどちらも長方形の形状を有している。また、本実施形態では、発熱素子における吐出口６の配列方向に対して直交する方向への長さを吐出口６の配列方向への長さで割ったアスペクト比は、発熱素子の面積に応じた大きさを有して形成されている。発熱素子の面積が大きいほどアスペクト比が小さく、その面積が小さいほどアスペクト比が大きくなるように発熱素子が形成されている。

図８（ａ）には、第三実施形態における記録ヘッド１の要部の断面図が示されている。図８（ｂ）には、図８（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図が示され、図８（ｃ）には、図８（ａ）におけるＣ−Ｃ線に沿う断面図が示されている。インク供給口４を挟んで一方の側に、千鳥状に吐出口６が配列されている。そして、そのうちインク供給口４からの距離が長い吐出口６Ｂに対応する位置に発熱素子１１Ｂが配置され、インク供給口４からの距離が短い吐出口６Ａに対応する位置に発熱素子１１Ａが配置されている。本実施形態では、発熱素子１１Ａは発熱素子１１Ｂよりも大きな面積を有するように形成されている。さらに、発熱素子１１における吐出口６の配列方向に対して直交する方向の長さを吐出口６の配列方向で割ったアスペクト比は、発熱素子１１Ａよりも発熱素子１１Ｂが大きくなるように形成されている。

また、本実施形態では、インク供給口４を挟んで吐出口６ａの他方の側には、吐出口６ｂが配置されている。吐出口６ｂからは大流量のインクが吐出されるように形成されており、吐出口６ｂに対応した位置に配置されている発熱素子１２は、発熱素子１１Ａ、発熱素子１１Ｂに比べて大きく形成されている。本実施形態では、発熱素子１２が略正方形の形状に形成されており、発熱素子１２における吐出口６の配列方向に対して直交する方向の長さを吐出口６の配列方向で割ったアスペクト比は、発熱素子１１Ａ、発熱素子１１Ｂに比べて小さく形成されている。それぞれの発熱素子のアスペクト比の大小を比較すると、発熱素子１１Ｂ＞発熱素子１１Ａ＞発熱素子１２の関係が成り立っている。

このように、発熱素子における吐出口６の配列方向に対して直交する方向への長さを吐出口６の配列方向への長さで割ったアスペクト比は、それぞれの発熱素子のインク供給口４からの距離に応じた大きさを有している。そして、インク供給口４からの距離が長いほどそのアスペクト比が大きく、短いほどアスペクト比が小さくなるように発熱素子が形成されている。

本実施形態における吐出口６Ａ、６Ｂが用いられて、それぞれの吐出口６から吐出されるインクの速度を比較したテーブルを図９に示す。なお、この実験で用いられる記録ヘッド１については図１０に示されている。吐出速度比の欄には、インク供給口４からの距離の短い吐出口６Ａから吐出されるインクの速度を基準として、吐出口６Ａから吐出されるインクの速度を吐出口６Ｂから吐出されるインクの速度で割った値が示されている。吐出口６から吐出されるインクの量を、０．８、１．１（ｐｌ）としたいずれの場合においても、吐出されるインクの速度は吐出口６Ａと６Ｂとで略同じであった。また、吐出量を０．６（ｐｌ）としたときにおいても、吐出口６Ｂから吐出されるインクの速度が吐出口６Ａから吐出されるインクの１．１倍と、吐出口６Ａと吐出口６Ｂとでインクの速度に差があまり生じなかった。前述した図１１のテーブルでインク供給口からの距離が異なる吐出口に対して同じ発熱素子を用いた場合のそれぞれのインク速度と比較すると、吐出口６Ａ、６Ｂから吐出されるインクの速度が揃えられていることが確認される。

本実施形態では、発熱素子をこのように形成することで発熱素子１２、発熱素子１１Ａ、発熱素子１１Ｂの全ての発熱素子における電圧を揃えることができる。従って、全ての駆動電圧を統一することができ、記録装置の製造の際には、駆動電源の個数をさらに少なく抑えることができる。従って、本実施形態の記録ヘッド１を適用すれば、電源を共通化することにより、さらに記録装置の製造コストを抑えることができる。

（第四実施形態）
次に、図１０を用いて、第四実施形態について説明する。なお、前記第一実施形態ないし第三実施形態と同様に構成できる部分については図中同一符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

図１０（ａ）に、本実施形態における記録ヘッド１の要部の断面図を示し、図１０（ｂ）に図１０（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図を示し、図１０（ｃ）に図１０（ａ）におけるＣ−Ｃ線に沿う断面図を示している。また、説明のために、本実施形態における記録ヘッド１の各部の寸法の一部を示している。

本実施形態は、発熱素子の配置及び大小関係においては第三実施形態と同様であるが、図１０（ｂ）あるいは図１０（ｃ）の断面図における吐出口の周囲の形状が異なる。第一実施形態ないし第三実施形態のノズルにおいては、吐出口６は、発泡室９から記録媒体へ向かう方向へ直線上に形成されている。しかしながら、本実施形態のノズルにおいては、発泡室９と吐出口１３との間に段差が形成されており、この段差によってできた発泡室９と吐出口１３との間に形成されている孔を説明のために第二吐出口１４とする。

本実施形態においては、吐出口６と発泡室９との間に第二吐出口１４が形成されているので、発泡室９から吐出口６へのインク流路８で径の変化が緩やかな構成とされている。インクが吐出される際には、インク流路８は第二吐出口１４で一旦その径が狭められ、それからさらに吐出口１３で径が狭められることになる。従って、発泡室９から吐出口６へインクが流れる際に急激にインク流路８の径が狭められるわけではなく、徐々にインク流路８の径が拡大されて、インクが記録ヘッド１の外部に吐出されることになる。これにより、インクが吐出される際の吐出方向へのインクの流抵抗が低減され、発熱素子によってインクに与えられるエネルギに対してインクの運動エネルギとなるエネルギ効率が向上する。

従って、本実施形態における吐出口６の周囲の形状を適用すれば、それぞれの発熱素子の面積をさらに小さくすることができる。従って、記録装置による記録の際の消費電力をさらに小さくすることができる。また、発熱素子の面積を小さくすることができるので、記録ヘッド１による繰り返しの吐出の際の記録ヘッド１の昇温を抑えることができる。また、記録ヘッド１において部分的な温度上昇が生じることによるインク吐出量のばらつきをさらに低減することができる。

（ａ）は本発明の第一実施形態における記録ヘッドの一部を破断した斜視図であり、（ｂ）はその記録ヘッドに用いられる素子基板の平面図である。 図１の記録ヘッドにおけるII-II線に沿う断面図である。 図２の記録ヘッドにおけるIII-III線に沿う断面図である。 図２の記録ヘッドにおけるIV-IV線に沿う断面図である。 本発明の第二実施形態における記録ヘッドの要部の断面図である。 図５の記録ヘッドにおけるVI-VI線に沿う断面図である。 図５の記録ヘッドにおけるVII-VII線に沿う断面図である。 （ａ）は本発明の第三実施形態における記録ヘッドの要部の断面図であり、（ｂ）は（ａ）の記録ヘッドにおけるＢ-Ｂ線に沿う断面図であり、（ｃ）は（ａ）の記録ヘッドにおけるＣ-Ｃ線に沿う断面図である。 本発明の第三実施形態における吐出口６Ａ及び吐出口６Ｂにより吐出されるインクの速度を比較したテーブルである。 （ａ）は本発明の第四実施形態における記録ヘッドの要部の断面図であり、（ｂ）は（ａ）の記録ヘッドにおけるＢ-Ｂ線に沿う断面図であり、（ｃ）は（ａ）の記録ヘッドにおけるＣ-Ｃ線に沿う断面図である。 インク供給口からの距離の異なる吐出口に対して、同じ形状の発熱素子を用いて吐出されるインクの速度を比較したテーブルである。 １ｐｌ以下の吐出量の際の、吐出されるインクの速度とインクミストの発生量の傾向を示したグラフである。 インク流路の幅が８μｍ及び６μｍのときを基準とし、インク流路の幅の寸法に±１μｍの誤差が生じた際の、その誤差によるインクの粘性抵抗の変動を示すテーブル及びそのグラフである。 インク流路の幅が８μｍ及び６μｍのときを基準とし、インク流路の幅の寸法に±１μｍの誤差が生じた際の、その誤差によるインクの慣性抵抗の変動を示すテーブル及びそのグラフである。

符号の説明

１ 記録ヘッド
２ 素子基板
３ オリフィスプレート
４ インク供給口
６ 吐出口
７、１１、１２ 発熱素子
８ インク流路
９ 発泡室

Claims (4)

1. インクを吐出するための吐出口と、該吐出口からインクを吐出するために利用される、通電させることで発熱する電気熱変換素子が配されたエネルギ作用室と、該エネルギ作用室に対しインクを導入する流路と、該流路に連通するインク供給口とを有する記録ヘッドにおいて、
   複数の前記流路のうち、相対的に長い第一の流路に対応して第一の吐出口と第一の電気熱変換素子が設けられるとともに、相対的に短い第二の流路に対応して第二の吐出口と第二の電気熱変換素子が設けられ、
   前記第一の吐出口と前記第二の吐出口の開口径が等しく、かつ、前記第一の流路と前記第二の流路の断面積が等しく、
   前記第一の電気熱変換素子は、前記第二の電気熱変換素子より面積が小さく、かつ、通電方向の長さが長いことを特徴とする記録ヘッド。
2. 前記電気熱変換素子は、千鳥状に配列された前記複数の吐出口の配列方向に対して直交する方向に通電することを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。
3. 前記電気熱変換素子は、前記複数の吐出口の配列方向よりも前記複数の吐出口の配列方向に対して直交する方向の方が長い長方形であることを特徴とする請求項２に記載の記録ヘッド。
4. インクを吐出するための吐出口と、該吐出口からインクを吐出するために利用される、通電させることで発熱する電気熱変換素子が配されたエネルギ作用室と、該エネルギ作用室に対しインクを導入する流路と、該流路に連通するインク供給口とを有する記録ヘッドにおいて、
   複数の前記流路のうち、相対的に長い第一の流路に対応して第一の吐出口と第一の電気熱変換素子が設けられるとともに、相対的に短い第二の流路に対応して第二の吐出口と第二の電気熱変換素子が設けられ、
   前記第一の吐出口と、前記第二の吐出口から夫々吐出されるインクの量が等しく、
   前記第一の電気熱変換素子は、前記第二の電気熱変換素子より面積が小さく、かつ、通電方向の長さが長いことを特徴とする記録ヘッド。

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