記録ヘッド、記録ヘッドの製造方法、インクジェット記録装置、インクジェット記録方法
【課題】複数の吐出口群それぞれから種類の異なるインクを吐出させる記録ヘッドにおいて、高速記録においても主滴と副滴との着弾位置のずれを抑え、高品質な画像の形成を可能にする。
【解決手段】記録ヘッドの吐出エレメント１１には、液体を吐出する複数の吐出口４ａからなる複数の吐出口群４１，４２が形成されている。吐出口４ａを先端に有するノズル４の軸線Ｌ１と直交する基準平面Ｆに対し、異なる角度θ１，θ２で交差する二以上の平面上に位置する吐出口面Ｆ１，Ｆ２に複数の吐出口群４１，４２が形成されている。
【解決手段】記録ヘッドの吐出エレメント１１には、液体を吐出する複数の吐出口４ａからなる複数の吐出口群４１，４２が形成されている。吐出口４ａを先端に有するノズル４の軸線Ｌ１と直交する基準平面Ｆに対し、異なる角度θ１，θ２で交差する二以上の平面上に位置する吐出口面Ｆ１，Ｆ２に複数の吐出口群４１，４２が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種の液体を吐出可能な記録ヘッド及びその製造方法、並びに前記記録ヘッドを用いて画像を記録するインクジェット記録装置及びインクジェット記録方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細なインク等の液滴を記録媒体に付着させて記録を行うインクジェット方式の記録装置は、ランニングコストが低く、記録時の静粛性に優れている。さらにこの方式の記録装置は、複数色のインクを用いることによって比較的容易にカラーでの記録を行えるというメリットもある。また、液滴を吐出するための圧力発生素子として気泡発生素子を用いた、いわゆるバブルジェット方式は、素子を高密度に配列するのが比較的容易で、そのため高解像度の印字を行うのに有利な方式である。
【０００３】
インクジェット記録装置には、電気熱変換体（ヒータ）やピエゾ素子などを用いて、インクなどの液体を吐出可能な記録ヘッドが用いられている。図１１（ａ）のように、電気熱変換体１０１を用いた記録ヘッドＨの場合には、その電気熱変換体１０１の発熱により流路１０２内の液体を発泡させる（図１１（ｂ），（ｃ）参照）。このとき生じる気泡Ｂの発泡エネルギーにより、流路内の液体は、吐出口１０３から吐出される。この後、気泡Ｂは図１１（ｄ），（ｅ）のように消泡する。また、ここに示す記録ヘッドＨには、気泡Ｂの発泡エネルギーを吐出口１０３の方向に効果的に作用させるために、流路１０２内に可動弁１０４が備えられている。インクジェット記録装置は、このような記録ヘッドＨの吐出口１０３から吐出した液体を記録媒体上に付着させることにより、記録媒体上に画像を記録するものである。こうしたインクジェット記録装置では、画像品質の向上とともに、記録速度の向上が重要な開発課題となっており、現在では高速記録を実現するものが種々提案、実施されている。
【０００４】
しかし、近年の記録動作の高速化に伴い、記録ヘッドＨには新たな問題が顕在化してきている。すなわち、図１１（ｄ）に示すように、吐出口１０３から押し出された液柱を分断して液滴（主滴）を形成する際、通常は、図１１（ｅ）のように、主滴Ｄｍと共に、サテライトと呼ばれる副滴Ｄｓが形成される。そして、この主滴Ｄｍと副滴Ｄｓとが図１２（ｂ），（ｃ）に示すように、録媒体上にずれて着弾することにより、画像品質が低下するという問題が生じている。
【０００５】
図１２（ａ）の速度ベクトルに示すように、副滴Ｄｓの吐出速度Ｖｓは、主滴Ｄｍの吐出速度Ｖｍよりも低い。このため、記録ヘッドＨと記録媒体Ｗとの相対的な移動速度Ｖｆが高くなるにつれて、主滴Ｄｍと副滴Ｄｓとの着弾位置のずれｄは増大する。なお、図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）においては、記録ヘッドＨに対して記録媒体Ｗが移動するものとして表されている。図中、Ｄ１は、主滴Ｄｍによって記録媒体Ｗ上に形成されるドット、Ｄ２は、副滴Ｄｓによって記録媒体Ｗ上に形成されるドットである。
【０００６】
従来は、このような主滴と副滴の着弾位置のずれを小さく抑えるために、記録ヘッドＨの吐出口が形成されている面（以下、吐出口面と称す）と記録媒体との間の距離ｈ（図１２参照）を短くしたり、あるいは液体の吐出速度を高めたりしていた。
【０００７】
一方、特許文献１には、インクの主滴と副滴の吐出方向を一致させるための構成が記載されている。この特許文献１の構成は、吐出口と流路を含むノズルの形成材料が部分的に異なり、各材質間の表面エネルギの差、つまりインクに対する濡れ性の差によって主滴とサテライトとが吐出方向にずれることに着目してなされたものである。すなわち、表面エネルギの大きい材料が位置する側の流路部分よりも、表面エネルギが小さい材料が位置する側の流路部分を短くするように吐出口面を傾斜させることで、主滴とサテライトの吐出方向を一致させる構成となっている。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２６３７８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように、主滴と副滴の着弾位置のずれを小さく抑えるべく、記録ヘッドの吐出口面と記録媒体と間の距離ｈを短くしようとしても、その距離ｈの短縮化には限界がある。すなわち、距離ｈが短すぎた場合には、液体（インク）が付与されることによってコックリングが生じた記録媒体が、記録ヘッドの吐出口面に接触する虞がある。また、記録媒体の表面から跳ね返った液体やミスト状の液体が吐出口面に付着して、液体の吐出不良をもたらすおそれもある。従って、距離ｈには、一定以上の間隔を維持しておく必要がある。
【００１０】
このように、記録速度の更なる高速化に対応すべく、記録ヘッドの吐出口面と記録媒体と間の距離ｈを短くするという方法では、主滴と副滴の着弾位置のずれを十分に抑えることは難しい。
【００１１】
一方、特許文献１には、図１２（ａ）に示すように、単に、主滴と副滴の吐出方向を一致させるための構成が記載されている。しかし、このような構成では、図１２（ｂ），（ｃ）のような記録速度の更なる高速化に伴う問題、つまり、主滴と副滴の着弾位置のずれの増大化を抑えることはできない。
【００１２】
このように従来においては、記録速度の高速化に伴って増大する主滴と副滴の着弾位置のずれを十分に抑えることができない。特に、産業用のインクジェット記録装置において求められている要求、つまり記録速度の高速化と画像の高品質化に応えることは難しい。
【００１３】
一方、マルチカラー化やスポットカラー化を実現し得る記録装置を構成するにあたり、装置の大型化を避けるために、単一の記録ヘッドを用いることも提案されている。この単一の記録ヘッドは、その内部に、異なる種類のインクを吐出するための複数の共通液室が分割して形成されると共に、記録媒体との対向面である吐出口面に、複数の共通液室に対応した複数種のノズル口群が形成されている。そして、各ノズル口群からそれぞれ異なるインクを吐出する。この記録ヘッドは、異なるインクを吐出する別体の複数個の記録ヘッドを並設する場合に比べて、小型化することができ、これを用いる記録装置の小型化も可能になる、という利点を有している。
【００１４】
しかしながら、液体は種類によって組成が異なることから、粘度や表面張力といった物性も異なり、それに伴って液滴の飛翔速度にも差が生じる。そのため、記録に使用している液体の種類によって、記録媒体上の着弾予定位置に液滴が正確に着弾する場合と、着弾予定位置からずれた位置に液滴が着弾する場合とが生じる。従って、複数種の液体を用いて記録を行うマルチカラーあるいはスポットカラーなどでは、着弾位置にズレが発生していない部分と、発生している部分とが混在してしまうこととなり、これが画像品質の低下を招いている。
【００１５】
本発明の目的は、複数の吐出口群それぞれから種類の異なるインクを吐出させる記録ヘッドにおいて、高速記録においても主滴と副滴との着弾位置のずれを抑え、高品質な画像の形成を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明は以下の構成を有する。
【００１７】
本発明の第１の形態は、液体を吐出する複数の吐出口からなる吐出口群が複数形成された記録ヘッドにおいて、前記吐出口を先端に有するノズルの軸線と直交する基準平面に対し、異なる角度で交差する二以上の平面上に位置する吐出口面に前記複数の吐出口群が形成されていることを特徴とする記録ヘッド。
【００１８】
本発明の第２の形態は、液体を吐出する複数の吐出口からなる吐出口群を複数備えた記録ヘッドの製造方法であって、前記複数の吐出口群を形成してなる吐出口形成部の少なくとも一部に、平面状の研磨部材を吐出口に連通するノズルの軸線と直交しない角度で摺動させることにより、前記吐出口形成部に複数の異なる平面を形成することを特徴とする。
【００１９】
本発明の第３の形態は、上記の記録ヘッドと記録媒体とを相対移動させる移動手段と、前記記録ヘッドと前記記録媒体とを相対移動させつつ、前記記録ヘッドから液体を吐出させる制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明の第４の形態は、液体を吐出する複数の吐出口を形成する吐出口形成部を有し、前記吐出口形成部には異なるインクを吐出する複数種の吐出口群が形成された記録ヘッドを用いて画像の記録を行うインクジェット記録方法において、前記記録ヘッドは、前記吐出口を先端に有するノズルの軸線と直交する基準平面に対し、異なる角度で交差する二以上の平面上に位置する吐出口面に前記複数の吐出口群が形成され、前記基準平面上に位置させた記録媒体と前記記録ヘッドとを相対移動させつつ前記複数の吐出口群から異なるインクを吐出させて記録媒体上に記録を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、複数の吐出口群が、ノズルの軸線と直交する基準平面と交差する複数の吐出口面に形成されているため、各吐出口から主滴が吐出される方向と、副滴が吐出される方向とを、積極的に異ならせることができる。このため、記録媒体上における主滴と副滴の着弾位置のずれを小さく抑えることができる。しかも、本発明においては、複数の吐出口面と基準平面とのなす角度が異なるため、種類の異なるインクを異なる吐出口面から吐出させることで、インクの種類によって主滴と副滴との着弾位置のずれをより小さく抑えることが可能となる。これにより、記録速度の高速化を図りつつ、画像の高品質化を実現することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明が適用されたインクジェット記録ヘッドＨ（以下、単に記録ヘッドと称す）を示す斜視図である。
図１において、１０は記録ヘッドＨの底部を構成するセラミックプレートである。このセラミックプレート１０上には、インク滴の吐出を行う吐出エレメント１１と、この吐出エレメント１１の左右両側面部および上面部を覆う流路形成部材１２が配置されている。吐出エレメント１１には、インクを吐出するノズルが所定の密度で複数個配列されている。なお、本明細書および特許請求の範囲において、ノズルとは、後に説明するインクの吐出口、これに連通する液路、およびインクを吐出させるための吐出エネルギを発生する吐出エネルギ発生素子としての電気熱変換素子を含むものとする。
【００２３】
また、記録ヘッドＨ内には、各ノズルに連通する複数個の共通液室が形成されており、この共通液室内には図外のインクタンクから供給される複数種のインクが、流路形成部材１２に設けられたインク供給口３ａを通じて供給される。
【００２４】
図２は、記録ヘッド１０におけるノズル近傍部分の一部切欠斜視図である。
ヒータボード１にはインクを加熱発泡させるためのヒータ（電気熱変換体）２が複数配置されている。ヒータ２としてはチッ化タンタル等の抵抗体が用いられ、例えば、その厚さは０．０１〜０．５μｍ、そのシート抵抗値は単位正方形当たり１０〜３００Ωである。ヒータ２には、通電のためのアルミニウム等の電極（図示せず）が接続されている。この電極の一方は、ヒータ２に対する通電を制御するためのスイッチングトランジスタ（図示せず）に接続されている。スイッチングトランジスタは、制御用のゲート素子等の回路からなるＩＣによって駆動制御され、記録装置からの信号に応じてヒータ２を制御する。
【００２５】
ヒータ２は、複数の流路３のそれぞれに形成されている。それぞれの流路３の一端は対応する吐出口４ａに連通し、それぞれの流路３の他端は共通液室５に連通している。流路３は、ヒータボード１、ノズル壁６、厚さ５〜１０μｍ程度のノズル土手７、および厚さ２μｍ程度の天板ノズル８によって囲まれて管状を成している。本例において、ノズル壁６、ノズル土手７、天板ノズル８は感光性エポキシ樹脂により形成されている。
【００２６】
流路３内には可動弁９が備えられている。この可動弁９の自由端９Ａは吐出口４ａ側に位置し、その基端は共通液室５側に位置している。可動弁９の基端側は弁台座１０（図３参照）によってヒータボード１に取り付けられている。天板ノズル８は、Ｓｉ等によって形成される流路形成部材１２に貼り付けられている。流路形成部材１２には、異方性エッチング等によってインク供給口３ａ（図１参照）が形成されている。そのインク供給口３ａを通じて外部から液状のインクが共通液室５内に供給され、さらに、その共通液室５内に供給されたインクは、それぞれの流路３内に供給される。
【００２７】
共通液室５からノズル４に供給された液体は、ノズル４内の所定の位置に配置されたヒータ２で加熱されて発泡する。この発泡に伴ってノズル４内の液体の移動が開始されると共に、可動弁９が変位し、共通液室側への液体の流れを規制する。これにより、発泡エネルギは、吐出口４ａに向けた液体の流れに効率的に変換され、吐出口４ａから吐出される。また、図２中の流路形成部材１２の断面から分かるように、吐出口４ａを含む平面である吐出口面Ｆは、角度θの傾きを持っている。
【００２８】
図３ないし図５に示すように、吐出口面Ｆは流路３の軸線（ノズル４の軸線）Ｌ１に対して直交せず、その吐出口面Ｆの法線Ｌ２と軸線Ｌ１とが角度θをもって傾斜する。その吐出口面Ｆは、記録媒体Ｗの搬送方向Ｙ１と反対の方向（矢印Ｙ２方向）、つまり記録媒体Ｗを基準としたときの記録ヘッドＨの相対移動方向を向くように傾斜する。したがって吐出口面Ｆは、軸線Ｌ１と直交する平面（基準平面）Ｆ０を記録ヘッドＨの相対移動方向（矢印Ｙ２方向）に向けて角度θだけ傾けた面でもある。角度θの大きさは、後述するように、記録媒体Ｗと記録ヘッドＨの相対移動速度などを考慮して設定する。
【００２９】
図３は、吐出口４ａからのインクの液滴の吐出過程の説明図である。
図３（ａ）は、ヒータ２が通電されず、流路３内のインクが加熱される前の状態である。吐出口４ａ付近のインクは、凹弧面状のメニスカスＭを形成している。
図３（ｂ）および図３（ｃ）は、ヒータ２が通電され、その発熱によりインクが加熱されることによって、インクの膜沸騰を伴って発泡Ｂが生じた状態である。このとき、気泡Ｂの発生に基づく圧力の伝播方向は、可動弁９が弁台座１１側を支点として変位することにより、インクの吐出方向に導かれる。流路３内のインクは、発泡によって生じた圧力によって吐出口４ａから押し出され、気泡Ｂの成長に伴って図３（ｃ）のような液柱を形成する。
【００３０】
図３（ｄ）および図３（ｅ）は、ヒータ２によるインクの加熱が終了して、気泡Ｂが収縮過程にある状態を示している。この状態において、吐出口４ａ付近のインクは、気泡Ｂの収縮に伴って流路３内に引き込まれる。液柱の先端部分には吐出方向への慣性力が働いているため、その液柱は、流路３内のインクから切り離される。その切り離された液柱は、インクの表面張力によって主滴Ｄｍと副滴（サテライト）Ｄｓとを形成し、記録媒体に向かって飛翔する。
【００３１】
このような主滴Ｄｍと副滴Ｄｓの吐出方向は、吐出口面Ｆが所定の角度θの傾きをもっているため、次のように異なる方向となる。
すなわち、図３（ｂ）および図３（ｃ）のように、発泡によって生じた圧力の伝播に伴ってメニスカスが吐出方向に前進し始める。すると、吐出口４ａ付近のインクは、図４（ａ）のように、吐出口面Ｆ上のノズル土手７と天板ノズル８に対して等しい接触角αを保ちながら、吐出口４ａから押し出される。このとき、インクが押し出される方向Ａ１と、流路３の軸線Ｌ１との成す角度は、図４（ｂ）のように吐出口面Ｆの傾き角度θとなる。つまり吐出口４ａ付近のインクは、図３（ｂ），（ｃ）および図４（ｂ）のように、吐出口面Ｆと直交する法線Ｌ２に沿うように、矢印Ａ１方向に押し出されることになる。一方、図３（ｃ）および図３（ｄ）のように、ヒータ２の近傍に位置するインクは、流路３の軸線Ｌ１方向に沿って矢印Ａ２方向に押し出される。
【００３２】
その後、図３（ｄ）のように気泡Ｂが収縮過程に入ると、吐出口４付近のインクが流路３内に引き込まれて、図３（ｅ）のように主滴Ｄｍと副滴Ｄｓが形成される。主滴Ｄｍと副滴Ｄｓとは、発泡よって押し出される方向が異なる。このため、図３（ｅ）のように、主滴Ｄｍは、軸線Ｌ１と角度θを成す矢印Ａ１方向へ飛翔し、副滴Ｄｓは流路３内に引き込まれる液体の影響により、ノズル軸方向から若干の角度を持つ方向（矢印Ａ２方向）に飛翔する。図３（ｅ）においては、説明のため判別できる角度をで示しているが、実際の吐出においては非常に小さな角度となるため、ほぼノズル軸Ｌ１の方向へと飛翔すると考えることができる。
【００３３】
吐出口面Ｆの角度θ、つまり主滴Ｄｍの吐出角度θは、基本的には、記録ヘッド１１０を搭載する記録装置１２０の構成や制御条件に応じて設定することが望ましい。以下に、角度θの基本的な設定方法の一例を図５に基づいて説明する。
【００３４】
いま、主滴Ｄｍの吐出速度をＶｍ、副滴Ｄｓの吐出速度をＶｓ、記録ヘッドＷの移動速度をＶｆ、吐出口４と記録媒体Ｗとの間の距離をｈとする。このとき、図１１および図１２のように吐出口面が傾いていない従来の記録ヘッドＨから吐出された主滴Ｄｍと副滴Ｄｓの着弾位置には、式１に示すようなずれ量ｄが発生する。
ｄ＝（１/Ｖｓ−１/Ｖｍ）×ｈ×Ｖｆ （式１）
【００３５】
このように、図１１および図１２に示す従来の記録ヘッドでは、インクの吐出速度Ｖｍ，Ｖｓ、距離ｈ、搬送速度Ｖｆに応じて、主滴Ｄｍと副滴Ｄｓの着弾位置にずれが生じることから、画像品質の低下を招くおそれがあった。
【００３６】
これに対して、図５に示す本例の記録ヘッドＨにおいては、以下の式２の条件を満たすように角度θを設定し、このθに基いて吐出口面Ｆの角度を設定する。
｛（１/Ｖｓ）−１/（Ｖｍ・ｃｏｓθ）｝×ｈ×Ｖｆ＝ｈ・ｔａｎθ
ここで、上式を整理すると下式となる。
１／Ｖｓ−１／（Ｖｍ・ｃｏｓθ）＝ｔａｎθ／Ｖｆ 式２
【００３７】
式２を満たすように角度θを設定することにより、記録媒体Ｗ上における主滴Ｄｍと副滴Ｄｓの着弾位置を略一致させることが可能となり、高品位な画像を形成することができる。
【００３８】
但し、本実施形態のように、単体の記録ヘッドから複数色のインクを吐出可能とする構成においては、インクの持つ物理的特性（粘度や表面張力）がそれぞれ異なることがある。この場合、液滴の飛翔速度Ｖｍには差が生じ、その飛翔速度の差によって、主滴Ｄｍと副的Ｄｓとの着弾位置のずれ量ｄには、図６（ａ）に示すように、差が生じる。つまり、飛翔速度の比較的遅いインクの主滴Ｄｍと副滴Ｄｓとの着弾位置（図６（ａ）の黒塗で示す位置）のずれ量ｄは、飛翔速度の比較的遅いインクの主滴Ｄｍと副滴Ｄｓとの着弾位置（図６（ａ）の斜線で示す位置）のずれ量ｄよりも大きくなる。
【００３９】
このように、主滴Ｄｍと副滴Ｄｓとの着弾位置を一致させるのに適した吐出口面の角度θは、インクの粘度などの物理的特性に起因する吐出速度によって異なる。そのため、１種類のインクのみを想定して記録ヘッドの吐出口面の角度θを一様に設定した場合には、図６(ｂ)に示すように、記録媒体上で着弾位置のズレが発生しない部分と、発生している部分とが混在し、画像品質の低下を招く虞がある。
【００４０】
そこで、本実施形態では、図７（ａ）に示すように、異なる種類のインクを吐出する吐出口群を含む吐出口面ごとに、そのインクの吐出速度Ｖｍに応じた角度を設定している。図７（ａ）では、インク滴の吐出速度Ｖｍが２種類である場合を示している。吐出口面Ｆ１は、比較的吐出速度が速いインクを吐出させる吐出口からなる吐出口群を含む吐出口面である。この吐出口面Ｆ１は、図７（ｂ）に示すように、記録媒体Ｗと平行する面に対し、比較的小さい角度θ１をなすように形成されている。また、吐出口面Ｆ２は、比較的吐出速度が遅い吐出口からなる吐出口群を含む吐出口面であり、この吐出口面Ｆ２は、図６（ｃ）に示すように、記録媒体Ｗと平行する面（基準平面）Ｆ０に対し、比較的大きい角度θ２をなすように形成されている。この各吐出口面Ｆ１およびＦ２の角度θ１およびθ２は、上記式２に、各吐出口群から吐出されるインクの吐出速度を適用して定められた角度である。
【００４１】
このように、各吐出口群を形成する吐出口面Ｆ１，Ｆ２の角度を、各吐出口群から吐出されるインクの吐出速度に応じて設定する。これにより、いずれのインクにおいても、図６（ｃ）に示すように、主滴Ｄｍと副滴Ｄｓの着弾位置を一致させることが可能になり、高品質な画像を形成することができる。
【００４２】
次に図８を参照しつつ、単体の記録ヘッドＨに上記のような異なる角度（例えば、図６のθ１，θ２）の吐出口面Ｆ１，Ｆ２を形成する加工方法の概略を説明する。
吐出エレメント１１の製造過程においては、吐出口面Ｆの微小欠けや微小傷の除去、および平面度の向上を目的として、研磨を行う工程がある。これは吐出口面Ｆに対して、砥粒を固定した研磨シート（研磨部材）Ｓを接触、摺動させるものである。なお、この研磨シートＳは、ローラＲ１，Ｒ２の回転によって平坦な面に沿って矢印方向に往復移動するよう構成されている。この研磨工程において、研磨シートＳの平坦な面部分Ｐを所望の角度で吐出口面に摺接させて研磨することにより、吐出口面５０を所望の傾斜角度に形成することができる。また、研磨シートＳの幅を各色のインクを吐出する吐出口群の幅に合わせ、各吐出口群ごとに研磨シートＳと吐出口面との接触角度を異ならせる。これにより、異なる傾斜角度で各吐出口群の吐出口面を形成することができる。
【００４３】
なお、前述した第１の実施形態における記録ヘッド１１０は、いわゆるエッジシュータタイプであり、インクの吐出方向と、ノズル内へのインクの供給方向と、がほぼ一致する。しかし本発明は、いわゆるサイドシュータタイプの記録ヘッドに対しても適用することができる。そのサイドシュータタイプの記録ヘッドにおいては、インクの吐出方向と、ノズル内へのインクの供給方向と、が異なる。
【００４４】
したがって、前述した実施形態と同様に、記録媒体Ｗ上における主滴Ｄｍと副滴Ｄｓの着弾位置を一致させて、高品位の画像を記録することができる。
【００４５】
（他の実施形態）
本発明は、インクを吐出する記録ヘッドの他、画像の記録に直接または間接的に利用される種々の液体を吐出可能な記録ヘッド（液体吐出ヘッド）に対しても適用することができる。また、その記録ヘッドにおける液体の吐出方式は、電気熱変換体（ヒータ）を用いた方式の他、ピエゾ素子などを用いた方式であってもよい。また、前述した第１の実施形態のようなエッジシュータタイプの記録ヘッドにおいて、可動弁１０は必ずしも備える必要はない。
【００４６】
また、前述した実施形態においては、吐出口の周面を形成するノズル壁６、ノズル土手７、天板ノズル８を同一材料として、それらの物理的特性を同一とした。しかし、それらの周面の内、少なくとも、矢印Ｙ１方向側の天板ノズル８と、矢印Ｙ２方向側のノズル土手７と、を同一材料によって形成してもよい。それらの物理的特性としては、少なくとも液体に対する濡れ性、または表面粗さの一方を含むことができ、また、それらの物理的特性が等しければ、吐出口の周縁部分の形成材料を異ならせてもよい。また、液体流路の開口部に、吐出口が形成されたオリフィスプレートを取り付けてもよい。さらに、吐出口の周縁部の形成材料は、物理的特性（液体に対する濡れ性を含む）が異なるものであってもよく、その場合には、それらの物理的特性に起因する主滴と液滴の吐出方向の差をも考慮して、吐出口の傾斜角度を最適に設定することもできる。
【００４７】
（インクジェット記録装置の実施形態）
次に、上記実施形態に記載のインクジェット記録ヘッドを用いた記録装置の一実施形態を図９および図１０に基づき説明する。
図９は本実施形態における記録装置２０の外観構成を概略的に示す斜視図である。ここに示す記録装置２０は、記録媒体Ｐを一定方向（Ｙ方向）に搬送すると共に、記録ヘッドＨを記録媒体Ｐの搬送方向と交差する方向（Ｘ方向）に沿って往復移動させつつ記録を行う、いわゆるシリアルスキャン方式の記録装置を構成している。図中、２１は上記実施形態に示す記録ヘッドＨおよびこれに供給するインクを貯留するインクタンク２２が搭載されるキャリッジであり、このキャリッジ２１は、記録媒体Ｐの搬送方向Ｙと直交する方向（Ｘ方向）に沿って往復移動する。また、記録媒体を搬送する搬送機構としては、種々のものが適用可能であるが、ここではモータなどの駆動力によって回転する搬送ローラとこれに対向して設けられたピンチローラ（いずれも図示を省略）などによって構成されている。
【００４８】
図１０は、上記記録装置の駆動を制御する制御装置２００の概略構成を示すブロック図である。この制御装置２００は、ホストコンピュータ３００から送られる印字データを処理するイメージコントローラ２０１を備える。さらに、制御装置２００は、記録媒体の搬送やキャリッジ２１の移動を制御するエンジンコントローラ２０２と、インク滴の吐出を制御する記録ヘッドコントローラ２０３などを有する。
【００４９】
エンジンコントローラ２０２は、データラスタライズ部２０５と、吐出パルスジェネレータ２０６と、搬送制御部２０７と、モータ制御部２０８などが設けられている。このうち、データラスタライズ部２０５は、イメージコントローラ１０１から送られるシリアルの印字データを、各ノズルに割り当てるためのラスタライズ処理を行う。また、吐出パルスジェネレータ２０６は、記録ヘッドの駆動タイミングを表す吐出パルスを記録ヘッドコントローラ２０３に送出する。記録ヘッドコントローラ２０３は、吐出パルスジェネレータ２０５からのパルスとデータラスタライズ部２０５から送出されたイメージデータとに基づき記録ヘッドの各ノズル（ヒータ）を駆動する。
【００５０】
また、搬送制御部２０７は、搬送モータの駆動を制御し、搬送モータの駆動力によって回転する搬送ローラの回転を制御する。キャリッジモータ制御部１０７は、キャリッジスケールエンコーダ２０４からの信号に基づき、キャリッジ２２の移動位置を検出してキャリッジモータ２１０を制御し、キャリッジの駆動、停止および加速、定速移動、減速などの制御を行う。
【００５１】
以上のように構成された記録装置において、記録媒体Ｐは、搬送モータ１０５によって回転する搬送ローラと、これに対向して設けられたピンチローラとに挟持されつつ間欠的にＹ方向へと搬送される。また、記録ヘッドＨを搭載したキャリッジ２１は、記録媒体Ｐの停止期間中に移動し、その移動中に記録ヘッドＨからインクを吐出することによってノズルの配列範囲内に記録を行う。この記録動作と記録媒体Ｐの間欠的な搬送動作とを繰り返すことにより、記録媒体Ｐには所定の画像が形成される。
【００５２】
また本発明は、図９のようなシリアルスキャンタイプのインクジェット記録装置の他、フルラインタイプのインクジェット記録装置に対しても適用することができる。この場合、単一の記録ヘッド内には、使用する記録媒体の最大幅以上の幅に亘って吐出口を配列した吐出口列（吐出口群）を複数列並設し、各吐出口列からそれぞれ異なるインクを吐出させるようにする。さらに、各吐出口群毎に、その吐出口群から吐出されるインクの物理的特性に応じて、各吐出口の軸線と直交する基準平面と、各吐出口群の形成される吐出口面とのなす角度θ（θ＝０°を除く）を定める。これは、記録ヘッドと記録媒体との相対移動方向、および各インクの吐出速度に基き、前述の式２を用いて定めれば良い。つまり、いずれのインクにおいても、各ノズルの軸線（Ｌ１）と、吐出口が位置する吐出口面（オリフィス面Ｆ）の法線（Ｌ２）とを一致させないようにすることで、主滴と、副的との着弾位置を一致させることが可能となる。
以上説明したように、本発明に係る液体吐出ヘッドにおいては、吐出するインクに応じて、吐出エレメント内で異なる吐出口面角度を有する領域をもつ構成をとる。これにより、複数の条件の異なる液体を、吐出可能な記録ヘッドにおいても、記録媒体上における主滴とサテライトの着弾位置ズレが発生するのを防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明が適用された記録ヘッドを示す斜視図である。
【図２】図１に示す記録ヘッドのノズル近傍部分の一部切欠斜視図である。
【図３】図１に示す記録ヘッドの吐出口における液滴の吐出過程を示す説明図である。
【図４】図１に示す記録ヘッドにおける液体の吐出方向の説明図である。
【図５】図１に示す記録ヘッドから吐出される液滴の着弾位置を示す説明図である。
【図６】記録ヘッドから吐出された主滴および副滴の着弾位置を示す説明図である。
【図７】図１に示す記録ヘッドにおける吐出エレメントを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は同図（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図８】図６に示す吐出エレメントの各吐出口面の製造装置を概念的に示す斜視図である。
【図９】本発明の実施形態におけるシリアルスキャンタイプのインクジェット記録装置を示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施形態におけるインクジェット記録装置の制御系の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】従来の記録ヘッドの吐出口における液滴の吐出過程を示す説明図である。
【図１２】従来の記録ヘッドにおける液滴の着弾位置を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ ヒータボード
２ ヒータ
３ 流路
４ 吐出口
１１ 吐出エレメント
Ｆ１，Ｆ２ 吐出口面
θ 角度
Ｌ１ 軸線
Ｌ２ 法線
Ｆ０ 基準平面
Ｄｍ 主滴
Ｄｓ 副滴
Ｂ 気泡
Ｙ１ 記録媒体の搬送方向
Ｙ２ 記録ヘッドの相対移動方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種の液体を吐出可能な記録ヘッド及びその製造方法、並びに前記記録ヘッドを用いて画像を記録するインクジェット記録装置及びインクジェット記録方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細なインク等の液滴を記録媒体に付着させて記録を行うインクジェット方式の記録装置は、ランニングコストが低く、記録時の静粛性に優れている。さらにこの方式の記録装置は、複数色のインクを用いることによって比較的容易にカラーでの記録を行えるというメリットもある。また、液滴を吐出するための圧力発生素子として気泡発生素子を用いた、いわゆるバブルジェット方式は、素子を高密度に配列するのが比較的容易で、そのため高解像度の印字を行うのに有利な方式である。
【０００３】
インクジェット記録装置には、電気熱変換体（ヒータ）やピエゾ素子などを用いて、インクなどの液体を吐出可能な記録ヘッドが用いられている。図１１（ａ）のように、電気熱変換体１０１を用いた記録ヘッドＨの場合には、その電気熱変換体１０１の発熱により流路１０２内の液体を発泡させる（図１１（ｂ），（ｃ）参照）。このとき生じる気泡Ｂの発泡エネルギーにより、流路内の液体は、吐出口１０３から吐出される。この後、気泡Ｂは図１１（ｄ），（ｅ）のように消泡する。また、ここに示す記録ヘッドＨには、気泡Ｂの発泡エネルギーを吐出口１０３の方向に効果的に作用させるために、流路１０２内に可動弁１０４が備えられている。インクジェット記録装置は、このような記録ヘッドＨの吐出口１０３から吐出した液体を記録媒体上に付着させることにより、記録媒体上に画像を記録するものである。こうしたインクジェット記録装置では、画像品質の向上とともに、記録速度の向上が重要な開発課題となっており、現在では高速記録を実現するものが種々提案、実施されている。
【０００４】
しかし、近年の記録動作の高速化に伴い、記録ヘッドＨには新たな問題が顕在化してきている。すなわち、図１１（ｄ）に示すように、吐出口１０３から押し出された液柱を分断して液滴（主滴）を形成する際、通常は、図１１（ｅ）のように、主滴Ｄｍと共に、サテライトと呼ばれる副滴Ｄｓが形成される。そして、この主滴Ｄｍと副滴Ｄｓとが図１２（ｂ），（ｃ）に示すように、録媒体上にずれて着弾することにより、画像品質が低下するという問題が生じている。
【０００５】
図１２（ａ）の速度ベクトルに示すように、副滴Ｄｓの吐出速度Ｖｓは、主滴Ｄｍの吐出速度Ｖｍよりも低い。このため、記録ヘッドＨと記録媒体Ｗとの相対的な移動速度Ｖｆが高くなるにつれて、主滴Ｄｍと副滴Ｄｓとの着弾位置のずれｄは増大する。なお、図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）においては、記録ヘッドＨに対して記録媒体Ｗが移動するものとして表されている。図中、Ｄ１は、主滴Ｄｍによって記録媒体Ｗ上に形成されるドット、Ｄ２は、副滴Ｄｓによって記録媒体Ｗ上に形成されるドットである。
【０００６】
従来は、このような主滴と副滴の着弾位置のずれを小さく抑えるために、記録ヘッドＨの吐出口が形成されている面（以下、吐出口面と称す）と記録媒体との間の距離ｈ（図１２参照）を短くしたり、あるいは液体の吐出速度を高めたりしていた。
【０００７】
一方、特許文献１には、インクの主滴と副滴の吐出方向を一致させるための構成が記載されている。この特許文献１の構成は、吐出口と流路を含むノズルの形成材料が部分的に異なり、各材質間の表面エネルギの差、つまりインクに対する濡れ性の差によって主滴とサテライトとが吐出方向にずれることに着目してなされたものである。すなわち、表面エネルギの大きい材料が位置する側の流路部分よりも、表面エネルギが小さい材料が位置する側の流路部分を短くするように吐出口面を傾斜させることで、主滴とサテライトの吐出方向を一致させる構成となっている。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２６３７８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように、主滴と副滴の着弾位置のずれを小さく抑えるべく、記録ヘッドの吐出口面と記録媒体と間の距離ｈを短くしようとしても、その距離ｈの短縮化には限界がある。すなわち、距離ｈが短すぎた場合には、液体（インク）が付与されることによってコックリングが生じた記録媒体が、記録ヘッドの吐出口面に接触する虞がある。また、記録媒体の表面から跳ね返った液体やミスト状の液体が吐出口面に付着して、液体の吐出不良をもたらすおそれもある。従って、距離ｈには、一定以上の間隔を維持しておく必要がある。
【００１０】
このように、記録速度の更なる高速化に対応すべく、記録ヘッドの吐出口面と記録媒体と間の距離ｈを短くするという方法では、主滴と副滴の着弾位置のずれを十分に抑えることは難しい。
【００１１】
一方、特許文献１には、図１２（ａ）に示すように、単に、主滴と副滴の吐出方向を一致させるための構成が記載されている。しかし、このような構成では、図１２（ｂ），（ｃ）のような記録速度の更なる高速化に伴う問題、つまり、主滴と副滴の着弾位置のずれの増大化を抑えることはできない。
【００１２】
このように従来においては、記録速度の高速化に伴って増大する主滴と副滴の着弾位置のずれを十分に抑えることができない。特に、産業用のインクジェット記録装置において求められている要求、つまり記録速度の高速化と画像の高品質化に応えることは難しい。
【００１３】
一方、マルチカラー化やスポットカラー化を実現し得る記録装置を構成するにあたり、装置の大型化を避けるために、単一の記録ヘッドを用いることも提案されている。この単一の記録ヘッドは、その内部に、異なる種類のインクを吐出するための複数の共通液室が分割して形成されると共に、記録媒体との対向面である吐出口面に、複数の共通液室に対応した複数種のノズル口群が形成されている。そして、各ノズル口群からそれぞれ異なるインクを吐出する。この記録ヘッドは、異なるインクを吐出する別体の複数個の記録ヘッドを並設する場合に比べて、小型化することができ、これを用いる記録装置の小型化も可能になる、という利点を有している。
【００１４】
しかしながら、液体は種類によって組成が異なることから、粘度や表面張力といった物性も異なり、それに伴って液滴の飛翔速度にも差が生じる。そのため、記録に使用している液体の種類によって、記録媒体上の着弾予定位置に液滴が正確に着弾する場合と、着弾予定位置からずれた位置に液滴が着弾する場合とが生じる。従って、複数種の液体を用いて記録を行うマルチカラーあるいはスポットカラーなどでは、着弾位置にズレが発生していない部分と、発生している部分とが混在してしまうこととなり、これが画像品質の低下を招いている。
【００１５】
本発明の目的は、複数の吐出口群それぞれから種類の異なるインクを吐出させる記録ヘッドにおいて、高速記録においても主滴と副滴との着弾位置のずれを抑え、高品質な画像の形成を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明は以下の構成を有する。
【００１７】
本発明の第１の形態は、液体を吐出する複数の吐出口からなる吐出口群が複数形成された記録ヘッドにおいて、前記吐出口を先端に有するノズルの軸線と直交する基準平面に対し、異なる角度で交差する二以上の平面上に位置する吐出口面に前記複数の吐出口群が形成されていることを特徴とする記録ヘッド。
【００１８】
本発明の第２の形態は、液体を吐出する複数の吐出口からなる吐出口群を複数備えた記録ヘッドの製造方法であって、前記複数の吐出口群を形成してなる吐出口形成部の少なくとも一部に、平面状の研磨部材を吐出口に連通するノズルの軸線と直交しない角度で摺動させることにより、前記吐出口形成部に複数の異なる平面を形成することを特徴とする。
【００１９】
本発明の第３の形態は、上記の記録ヘッドと記録媒体とを相対移動させる移動手段と、前記記録ヘッドと前記記録媒体とを相対移動させつつ、前記記録ヘッドから液体を吐出させる制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明の第４の形態は、液体を吐出する複数の吐出口を形成する吐出口形成部を有し、前記吐出口形成部には異なるインクを吐出する複数種の吐出口群が形成された記録ヘッドを用いて画像の記録を行うインクジェット記録方法において、前記記録ヘッドは、前記吐出口を先端に有するノズルの軸線と直交する基準平面に対し、異なる角度で交差する二以上の平面上に位置する吐出口面に前記複数の吐出口群が形成され、前記基準平面上に位置させた記録媒体と前記記録ヘッドとを相対移動させつつ前記複数の吐出口群から異なるインクを吐出させて記録媒体上に記録を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、複数の吐出口群が、ノズルの軸線と直交する基準平面と交差する複数の吐出口面に形成されているため、各吐出口から主滴が吐出される方向と、副滴が吐出される方向とを、積極的に異ならせることができる。このため、記録媒体上における主滴と副滴の着弾位置のずれを小さく抑えることができる。しかも、本発明においては、複数の吐出口面と基準平面とのなす角度が異なるため、種類の異なるインクを異なる吐出口面から吐出させることで、インクの種類によって主滴と副滴との着弾位置のずれをより小さく抑えることが可能となる。これにより、記録速度の高速化を図りつつ、画像の高品質化を実現することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明が適用されたインクジェット記録ヘッドＨ（以下、単に記録ヘッドと称す）を示す斜視図である。
図１において、１０は記録ヘッドＨの底部を構成するセラミックプレートである。このセラミックプレート１０上には、インク滴の吐出を行う吐出エレメント１１と、この吐出エレメント１１の左右両側面部および上面部を覆う流路形成部材１２が配置されている。吐出エレメント１１には、インクを吐出するノズルが所定の密度で複数個配列されている。なお、本明細書および特許請求の範囲において、ノズルとは、後に説明するインクの吐出口、これに連通する液路、およびインクを吐出させるための吐出エネルギを発生する吐出エネルギ発生素子としての電気熱変換素子を含むものとする。
【００２３】
また、記録ヘッドＨ内には、各ノズルに連通する複数個の共通液室が形成されており、この共通液室内には図外のインクタンクから供給される複数種のインクが、流路形成部材１２に設けられたインク供給口３ａを通じて供給される。
【００２４】
図２は、記録ヘッド１０におけるノズル近傍部分の一部切欠斜視図である。
ヒータボード１にはインクを加熱発泡させるためのヒータ（電気熱変換体）２が複数配置されている。ヒータ２としてはチッ化タンタル等の抵抗体が用いられ、例えば、その厚さは０．０１〜０．５μｍ、そのシート抵抗値は単位正方形当たり１０〜３００Ωである。ヒータ２には、通電のためのアルミニウム等の電極（図示せず）が接続されている。この電極の一方は、ヒータ２に対する通電を制御するためのスイッチングトランジスタ（図示せず）に接続されている。スイッチングトランジスタは、制御用のゲート素子等の回路からなるＩＣによって駆動制御され、記録装置からの信号に応じてヒータ２を制御する。
【００２５】
ヒータ２は、複数の流路３のそれぞれに形成されている。それぞれの流路３の一端は対応する吐出口４ａに連通し、それぞれの流路３の他端は共通液室５に連通している。流路３は、ヒータボード１、ノズル壁６、厚さ５〜１０μｍ程度のノズル土手７、および厚さ２μｍ程度の天板ノズル８によって囲まれて管状を成している。本例において、ノズル壁６、ノズル土手７、天板ノズル８は感光性エポキシ樹脂により形成されている。
【００２６】
流路３内には可動弁９が備えられている。この可動弁９の自由端９Ａは吐出口４ａ側に位置し、その基端は共通液室５側に位置している。可動弁９の基端側は弁台座１０（図３参照）によってヒータボード１に取り付けられている。天板ノズル８は、Ｓｉ等によって形成される流路形成部材１２に貼り付けられている。流路形成部材１２には、異方性エッチング等によってインク供給口３ａ（図１参照）が形成されている。そのインク供給口３ａを通じて外部から液状のインクが共通液室５内に供給され、さらに、その共通液室５内に供給されたインクは、それぞれの流路３内に供給される。
【００２７】
共通液室５からノズル４に供給された液体は、ノズル４内の所定の位置に配置されたヒータ２で加熱されて発泡する。この発泡に伴ってノズル４内の液体の移動が開始されると共に、可動弁９が変位し、共通液室側への液体の流れを規制する。これにより、発泡エネルギは、吐出口４ａに向けた液体の流れに効率的に変換され、吐出口４ａから吐出される。また、図２中の流路形成部材１２の断面から分かるように、吐出口４ａを含む平面である吐出口面Ｆは、角度θの傾きを持っている。
【００２８】
図３ないし図５に示すように、吐出口面Ｆは流路３の軸線（ノズル４の軸線）Ｌ１に対して直交せず、その吐出口面Ｆの法線Ｌ２と軸線Ｌ１とが角度θをもって傾斜する。その吐出口面Ｆは、記録媒体Ｗの搬送方向Ｙ１と反対の方向（矢印Ｙ２方向）、つまり記録媒体Ｗを基準としたときの記録ヘッドＨの相対移動方向を向くように傾斜する。したがって吐出口面Ｆは、軸線Ｌ１と直交する平面（基準平面）Ｆ０を記録ヘッドＨの相対移動方向（矢印Ｙ２方向）に向けて角度θだけ傾けた面でもある。角度θの大きさは、後述するように、記録媒体Ｗと記録ヘッドＨの相対移動速度などを考慮して設定する。
【００２９】
図３は、吐出口４ａからのインクの液滴の吐出過程の説明図である。
図３（ａ）は、ヒータ２が通電されず、流路３内のインクが加熱される前の状態である。吐出口４ａ付近のインクは、凹弧面状のメニスカスＭを形成している。
図３（ｂ）および図３（ｃ）は、ヒータ２が通電され、その発熱によりインクが加熱されることによって、インクの膜沸騰を伴って発泡Ｂが生じた状態である。このとき、気泡Ｂの発生に基づく圧力の伝播方向は、可動弁９が弁台座１１側を支点として変位することにより、インクの吐出方向に導かれる。流路３内のインクは、発泡によって生じた圧力によって吐出口４ａから押し出され、気泡Ｂの成長に伴って図３（ｃ）のような液柱を形成する。
【００３０】
図３（ｄ）および図３（ｅ）は、ヒータ２によるインクの加熱が終了して、気泡Ｂが収縮過程にある状態を示している。この状態において、吐出口４ａ付近のインクは、気泡Ｂの収縮に伴って流路３内に引き込まれる。液柱の先端部分には吐出方向への慣性力が働いているため、その液柱は、流路３内のインクから切り離される。その切り離された液柱は、インクの表面張力によって主滴Ｄｍと副滴（サテライト）Ｄｓとを形成し、記録媒体に向かって飛翔する。
【００３１】
このような主滴Ｄｍと副滴Ｄｓの吐出方向は、吐出口面Ｆが所定の角度θの傾きをもっているため、次のように異なる方向となる。
すなわち、図３（ｂ）および図３（ｃ）のように、発泡によって生じた圧力の伝播に伴ってメニスカスが吐出方向に前進し始める。すると、吐出口４ａ付近のインクは、図４（ａ）のように、吐出口面Ｆ上のノズル土手７と天板ノズル８に対して等しい接触角αを保ちながら、吐出口４ａから押し出される。このとき、インクが押し出される方向Ａ１と、流路３の軸線Ｌ１との成す角度は、図４（ｂ）のように吐出口面Ｆの傾き角度θとなる。つまり吐出口４ａ付近のインクは、図３（ｂ），（ｃ）および図４（ｂ）のように、吐出口面Ｆと直交する法線Ｌ２に沿うように、矢印Ａ１方向に押し出されることになる。一方、図３（ｃ）および図３（ｄ）のように、ヒータ２の近傍に位置するインクは、流路３の軸線Ｌ１方向に沿って矢印Ａ２方向に押し出される。
【００３２】
その後、図３（ｄ）のように気泡Ｂが収縮過程に入ると、吐出口４付近のインクが流路３内に引き込まれて、図３（ｅ）のように主滴Ｄｍと副滴Ｄｓが形成される。主滴Ｄｍと副滴Ｄｓとは、発泡よって押し出される方向が異なる。このため、図３（ｅ）のように、主滴Ｄｍは、軸線Ｌ１と角度θを成す矢印Ａ１方向へ飛翔し、副滴Ｄｓは流路３内に引き込まれる液体の影響により、ノズル軸方向から若干の角度を持つ方向（矢印Ａ２方向）に飛翔する。図３（ｅ）においては、説明のため判別できる角度をで示しているが、実際の吐出においては非常に小さな角度となるため、ほぼノズル軸Ｌ１の方向へと飛翔すると考えることができる。
【００３３】
吐出口面Ｆの角度θ、つまり主滴Ｄｍの吐出角度θは、基本的には、記録ヘッド１１０を搭載する記録装置１２０の構成や制御条件に応じて設定することが望ましい。以下に、角度θの基本的な設定方法の一例を図５に基づいて説明する。
【００３４】
いま、主滴Ｄｍの吐出速度をＶｍ、副滴Ｄｓの吐出速度をＶｓ、記録ヘッドＷの移動速度をＶｆ、吐出口４と記録媒体Ｗとの間の距離をｈとする。このとき、図１１および図１２のように吐出口面が傾いていない従来の記録ヘッドＨから吐出された主滴Ｄｍと副滴Ｄｓの着弾位置には、式１に示すようなずれ量ｄが発生する。
ｄ＝（１/Ｖｓ−１/Ｖｍ）×ｈ×Ｖｆ （式１）
【００３５】
このように、図１１および図１２に示す従来の記録ヘッドでは、インクの吐出速度Ｖｍ，Ｖｓ、距離ｈ、搬送速度Ｖｆに応じて、主滴Ｄｍと副滴Ｄｓの着弾位置にずれが生じることから、画像品質の低下を招くおそれがあった。
【００３６】
これに対して、図５に示す本例の記録ヘッドＨにおいては、以下の式２の条件を満たすように角度θを設定し、このθに基いて吐出口面Ｆの角度を設定する。
｛（１/Ｖｓ）−１/（Ｖｍ・ｃｏｓθ）｝×ｈ×Ｖｆ＝ｈ・ｔａｎθ
ここで、上式を整理すると下式となる。
１／Ｖｓ−１／（Ｖｍ・ｃｏｓθ）＝ｔａｎθ／Ｖｆ 式２
【００３７】
式２を満たすように角度θを設定することにより、記録媒体Ｗ上における主滴Ｄｍと副滴Ｄｓの着弾位置を略一致させることが可能となり、高品位な画像を形成することができる。
【００３８】
但し、本実施形態のように、単体の記録ヘッドから複数色のインクを吐出可能とする構成においては、インクの持つ物理的特性（粘度や表面張力）がそれぞれ異なることがある。この場合、液滴の飛翔速度Ｖｍには差が生じ、その飛翔速度の差によって、主滴Ｄｍと副的Ｄｓとの着弾位置のずれ量ｄには、図６（ａ）に示すように、差が生じる。つまり、飛翔速度の比較的遅いインクの主滴Ｄｍと副滴Ｄｓとの着弾位置（図６（ａ）の黒塗で示す位置）のずれ量ｄは、飛翔速度の比較的遅いインクの主滴Ｄｍと副滴Ｄｓとの着弾位置（図６（ａ）の斜線で示す位置）のずれ量ｄよりも大きくなる。
【００３９】
このように、主滴Ｄｍと副滴Ｄｓとの着弾位置を一致させるのに適した吐出口面の角度θは、インクの粘度などの物理的特性に起因する吐出速度によって異なる。そのため、１種類のインクのみを想定して記録ヘッドの吐出口面の角度θを一様に設定した場合には、図６(ｂ)に示すように、記録媒体上で着弾位置のズレが発生しない部分と、発生している部分とが混在し、画像品質の低下を招く虞がある。
【００４０】
そこで、本実施形態では、図７（ａ）に示すように、異なる種類のインクを吐出する吐出口群を含む吐出口面ごとに、そのインクの吐出速度Ｖｍに応じた角度を設定している。図７（ａ）では、インク滴の吐出速度Ｖｍが２種類である場合を示している。吐出口面Ｆ１は、比較的吐出速度が速いインクを吐出させる吐出口からなる吐出口群を含む吐出口面である。この吐出口面Ｆ１は、図７（ｂ）に示すように、記録媒体Ｗと平行する面に対し、比較的小さい角度θ１をなすように形成されている。また、吐出口面Ｆ２は、比較的吐出速度が遅い吐出口からなる吐出口群を含む吐出口面であり、この吐出口面Ｆ２は、図６（ｃ）に示すように、記録媒体Ｗと平行する面（基準平面）Ｆ０に対し、比較的大きい角度θ２をなすように形成されている。この各吐出口面Ｆ１およびＦ２の角度θ１およびθ２は、上記式２に、各吐出口群から吐出されるインクの吐出速度を適用して定められた角度である。
【００４１】
このように、各吐出口群を形成する吐出口面Ｆ１，Ｆ２の角度を、各吐出口群から吐出されるインクの吐出速度に応じて設定する。これにより、いずれのインクにおいても、図６（ｃ）に示すように、主滴Ｄｍと副滴Ｄｓの着弾位置を一致させることが可能になり、高品質な画像を形成することができる。
【００４２】
次に図８を参照しつつ、単体の記録ヘッドＨに上記のような異なる角度（例えば、図６のθ１，θ２）の吐出口面Ｆ１，Ｆ２を形成する加工方法の概略を説明する。
吐出エレメント１１の製造過程においては、吐出口面Ｆの微小欠けや微小傷の除去、および平面度の向上を目的として、研磨を行う工程がある。これは吐出口面Ｆに対して、砥粒を固定した研磨シート（研磨部材）Ｓを接触、摺動させるものである。なお、この研磨シートＳは、ローラＲ１，Ｒ２の回転によって平坦な面に沿って矢印方向に往復移動するよう構成されている。この研磨工程において、研磨シートＳの平坦な面部分Ｐを所望の角度で吐出口面に摺接させて研磨することにより、吐出口面５０を所望の傾斜角度に形成することができる。また、研磨シートＳの幅を各色のインクを吐出する吐出口群の幅に合わせ、各吐出口群ごとに研磨シートＳと吐出口面との接触角度を異ならせる。これにより、異なる傾斜角度で各吐出口群の吐出口面を形成することができる。
【００４３】
なお、前述した第１の実施形態における記録ヘッド１１０は、いわゆるエッジシュータタイプであり、インクの吐出方向と、ノズル内へのインクの供給方向と、がほぼ一致する。しかし本発明は、いわゆるサイドシュータタイプの記録ヘッドに対しても適用することができる。そのサイドシュータタイプの記録ヘッドにおいては、インクの吐出方向と、ノズル内へのインクの供給方向と、が異なる。
【００４４】
したがって、前述した実施形態と同様に、記録媒体Ｗ上における主滴Ｄｍと副滴Ｄｓの着弾位置を一致させて、高品位の画像を記録することができる。
【００４５】
（他の実施形態）
本発明は、インクを吐出する記録ヘッドの他、画像の記録に直接または間接的に利用される種々の液体を吐出可能な記録ヘッド（液体吐出ヘッド）に対しても適用することができる。また、その記録ヘッドにおける液体の吐出方式は、電気熱変換体（ヒータ）を用いた方式の他、ピエゾ素子などを用いた方式であってもよい。また、前述した第１の実施形態のようなエッジシュータタイプの記録ヘッドにおいて、可動弁１０は必ずしも備える必要はない。
【００４６】
また、前述した実施形態においては、吐出口の周面を形成するノズル壁６、ノズル土手７、天板ノズル８を同一材料として、それらの物理的特性を同一とした。しかし、それらの周面の内、少なくとも、矢印Ｙ１方向側の天板ノズル８と、矢印Ｙ２方向側のノズル土手７と、を同一材料によって形成してもよい。それらの物理的特性としては、少なくとも液体に対する濡れ性、または表面粗さの一方を含むことができ、また、それらの物理的特性が等しければ、吐出口の周縁部分の形成材料を異ならせてもよい。また、液体流路の開口部に、吐出口が形成されたオリフィスプレートを取り付けてもよい。さらに、吐出口の周縁部の形成材料は、物理的特性（液体に対する濡れ性を含む）が異なるものであってもよく、その場合には、それらの物理的特性に起因する主滴と液滴の吐出方向の差をも考慮して、吐出口の傾斜角度を最適に設定することもできる。
【００４７】
（インクジェット記録装置の実施形態）
次に、上記実施形態に記載のインクジェット記録ヘッドを用いた記録装置の一実施形態を図９および図１０に基づき説明する。
図９は本実施形態における記録装置２０の外観構成を概略的に示す斜視図である。ここに示す記録装置２０は、記録媒体Ｐを一定方向（Ｙ方向）に搬送すると共に、記録ヘッドＨを記録媒体Ｐの搬送方向と交差する方向（Ｘ方向）に沿って往復移動させつつ記録を行う、いわゆるシリアルスキャン方式の記録装置を構成している。図中、２１は上記実施形態に示す記録ヘッドＨおよびこれに供給するインクを貯留するインクタンク２２が搭載されるキャリッジであり、このキャリッジ２１は、記録媒体Ｐの搬送方向Ｙと直交する方向（Ｘ方向）に沿って往復移動する。また、記録媒体を搬送する搬送機構としては、種々のものが適用可能であるが、ここではモータなどの駆動力によって回転する搬送ローラとこれに対向して設けられたピンチローラ（いずれも図示を省略）などによって構成されている。
【００４８】
図１０は、上記記録装置の駆動を制御する制御装置２００の概略構成を示すブロック図である。この制御装置２００は、ホストコンピュータ３００から送られる印字データを処理するイメージコントローラ２０１を備える。さらに、制御装置２００は、記録媒体の搬送やキャリッジ２１の移動を制御するエンジンコントローラ２０２と、インク滴の吐出を制御する記録ヘッドコントローラ２０３などを有する。
【００４９】
エンジンコントローラ２０２は、データラスタライズ部２０５と、吐出パルスジェネレータ２０６と、搬送制御部２０７と、モータ制御部２０８などが設けられている。このうち、データラスタライズ部２０５は、イメージコントローラ１０１から送られるシリアルの印字データを、各ノズルに割り当てるためのラスタライズ処理を行う。また、吐出パルスジェネレータ２０６は、記録ヘッドの駆動タイミングを表す吐出パルスを記録ヘッドコントローラ２０３に送出する。記録ヘッドコントローラ２０３は、吐出パルスジェネレータ２０５からのパルスとデータラスタライズ部２０５から送出されたイメージデータとに基づき記録ヘッドの各ノズル（ヒータ）を駆動する。
【００５０】
また、搬送制御部２０７は、搬送モータの駆動を制御し、搬送モータの駆動力によって回転する搬送ローラの回転を制御する。キャリッジモータ制御部１０７は、キャリッジスケールエンコーダ２０４からの信号に基づき、キャリッジ２２の移動位置を検出してキャリッジモータ２１０を制御し、キャリッジの駆動、停止および加速、定速移動、減速などの制御を行う。
【００５１】
以上のように構成された記録装置において、記録媒体Ｐは、搬送モータ１０５によって回転する搬送ローラと、これに対向して設けられたピンチローラとに挟持されつつ間欠的にＹ方向へと搬送される。また、記録ヘッドＨを搭載したキャリッジ２１は、記録媒体Ｐの停止期間中に移動し、その移動中に記録ヘッドＨからインクを吐出することによってノズルの配列範囲内に記録を行う。この記録動作と記録媒体Ｐの間欠的な搬送動作とを繰り返すことにより、記録媒体Ｐには所定の画像が形成される。
【００５２】
また本発明は、図９のようなシリアルスキャンタイプのインクジェット記録装置の他、フルラインタイプのインクジェット記録装置に対しても適用することができる。この場合、単一の記録ヘッド内には、使用する記録媒体の最大幅以上の幅に亘って吐出口を配列した吐出口列（吐出口群）を複数列並設し、各吐出口列からそれぞれ異なるインクを吐出させるようにする。さらに、各吐出口群毎に、その吐出口群から吐出されるインクの物理的特性に応じて、各吐出口の軸線と直交する基準平面と、各吐出口群の形成される吐出口面とのなす角度θ（θ＝０°を除く）を定める。これは、記録ヘッドと記録媒体との相対移動方向、および各インクの吐出速度に基き、前述の式２を用いて定めれば良い。つまり、いずれのインクにおいても、各ノズルの軸線（Ｌ１）と、吐出口が位置する吐出口面（オリフィス面Ｆ）の法線（Ｌ２）とを一致させないようにすることで、主滴と、副的との着弾位置を一致させることが可能となる。
以上説明したように、本発明に係る液体吐出ヘッドにおいては、吐出するインクに応じて、吐出エレメント内で異なる吐出口面角度を有する領域をもつ構成をとる。これにより、複数の条件の異なる液体を、吐出可能な記録ヘッドにおいても、記録媒体上における主滴とサテライトの着弾位置ズレが発生するのを防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明が適用された記録ヘッドを示す斜視図である。
【図２】図１に示す記録ヘッドのノズル近傍部分の一部切欠斜視図である。
【図３】図１に示す記録ヘッドの吐出口における液滴の吐出過程を示す説明図である。
【図４】図１に示す記録ヘッドにおける液体の吐出方向の説明図である。
【図５】図１に示す記録ヘッドから吐出される液滴の着弾位置を示す説明図である。
【図６】記録ヘッドから吐出された主滴および副滴の着弾位置を示す説明図である。
【図７】図１に示す記録ヘッドにおける吐出エレメントを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は同図（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図８】図６に示す吐出エレメントの各吐出口面の製造装置を概念的に示す斜視図である。
【図９】本発明の実施形態におけるシリアルスキャンタイプのインクジェット記録装置を示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施形態におけるインクジェット記録装置の制御系の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】従来の記録ヘッドの吐出口における液滴の吐出過程を示す説明図である。
【図１２】従来の記録ヘッドにおける液滴の着弾位置を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ ヒータボード
２ ヒータ
３ 流路
４ 吐出口
１１ 吐出エレメント
Ｆ１，Ｆ２ 吐出口面
θ 角度
Ｌ１ 軸線
Ｌ２ 法線
Ｆ０ 基準平面
Ｄｍ 主滴
Ｄｓ 副滴
Ｂ 気泡
Ｙ１ 記録媒体の搬送方向
Ｙ２ 記録ヘッドの相対移動方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出する複数の吐出口からなる吐出口群が複数形成された記録ヘッドにおいて、
前記吐出口を先端に有するノズルの軸線と直交する基準平面に対し、異なる角度で交差する二以上の平面上に位置する吐出口面に前記複数の吐出口群が形成されていることを特徴とする記録ヘッド。
【請求項２】
前記各吐出口面と基準平面とのなす角度は、前記各吐出口面に位置する前記各吐出口群から吐出される液体の種類に応じて定められていることを特徴とする記録ヘッド。
【請求項３】
前記基準平面に対する角度が異なる吐出口面の連結部分には段差が形成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の記録ヘッド。
【請求項４】
前記各吐出口は、１回の液体吐出動作において、主滴と、該主滴より液量の少ない副滴とを吐出し、
前記主滴の吐出方向は、当該主滴を吐出する前記吐出口が形成される前記領域と前記基準平面とのなす角度に応じて変化すると共に、
前記副滴の吐出方向は、前記ノズル当該副滴を吐出する前記ノズルの軸線と前記基準平面とのなす角度に応じて変化することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の記録ヘッド。
【請求項５】
前記記録ヘッドは、前記基準平面と平行する位置に存在する記録媒体に対し、当該記録媒体の表面と平行する平面上を直線方向に沿って相対的に移動可能に保持されることを特徴とする請求項４に記載の記録ヘッド。
【請求項６】
前記主滴の吐出速度をＶｍ、前記副滴の吐出速度をＶｓ、前記記録ヘッドと前記記録媒体との相対移動速度をＶｆ、前記ノズルから前記記録媒体までの距離をｈとしたとき、
前記領域と前記基準平面とのなす角度θは、
１／Ｖｓ−１／（Ｖｍ・ｃｏｓθ）＝ｔａｎθ／Ｖｆ
の条件を満たすことを特徴とする請求項５に記載の記録ヘッド。
【請求項７】
前記吐出口が位置する吐出口面は、前記基準平面に対し、前記記録ヘッドの相対移動方向を向いて傾斜していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の記録ヘッド。
【請求項８】
前記ノズルは、液体を吐出するための熱エネルギを発生する電気熱変換体を含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の記録ヘッド。
【請求項９】
前記ノズルは、前記熱エネルギによって生じる液体の発泡に応じて変位する可動板を含むことを特徴とする請求項９に記載の記録ヘッド。
【請求項１０】
液体を吐出する複数の吐出口からなる吐出口群を複数備えた記録ヘッドの製造方法であって、
前記複数の吐出口群を形成してなる吐出口形成部の少なくとも一部に、平面状の研磨部材を吐出口に連通するノズルの軸線と直交しない角度で摺動させることにより、前記吐出口形成部に複数の異なる平面を形成することを特徴とする記録ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記研磨部材は、平面的な移動経路に沿って走行可能なベルト状の研磨部材により構成されることを特徴とする請求項１１に記載の記録ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
請求項１ないし１２のいずれかに記載の記録ヘッドと前記記録媒体とを相対移動させる移動手段と、
前記記録ヘッドと前記記録媒体とを相対移動させつつ、前記記録ヘッドから液体を吐出させる制御手段と、
を備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項１３】
前記移動手段は、前記記録ヘッドを主走査方向に移動させる移動機構と、前記記録媒体を前記主走査方向と交差する副走査方向に搬送する搬送機構と、を含むことを特徴とする請求項１３に記載のインクジェット記録装置。
【請求項１４】
前記記録ヘッドにおける前記ノズルは、所定のノズル列方向に沿って並ぶように複数備えられ、
前記移動手段は、前記ノズル列と交差する方向に前記記録媒体を搬送する搬送機構を含むことを特徴とする請求項１４に記載のインクジェット記録装置。
【請求項１５】
液体を吐出する複数の吐出口を形成する吐出口形成部を有し、前記吐出口形成部には異なるインクを吐出する複数種の吐出口群が形成された記録ヘッドを用いて画像の記録を行うインクジェット記録方法において、
前記記録ヘッドは、前記吐出口を先端に有するノズルの軸線と直交する基準平面に対し、異なる角度で交差する二以上の平面上に位置する吐出口面に前記複数の吐出口群が形成され、
前記基準平面上に位置させた記録媒体と前記記録ヘッドとを相対移動させつつ前記複数の吐出口群から異なるインクを吐出させて記録媒体上に記録を行うことを特徴とするインクジェット記録方法。
【請求項１】
液体を吐出する複数の吐出口からなる吐出口群が複数形成された記録ヘッドにおいて、
前記吐出口を先端に有するノズルの軸線と直交する基準平面に対し、異なる角度で交差する二以上の平面上に位置する吐出口面に前記複数の吐出口群が形成されていることを特徴とする記録ヘッド。
【請求項２】
前記各吐出口面と基準平面とのなす角度は、前記各吐出口面に位置する前記各吐出口群から吐出される液体の種類に応じて定められていることを特徴とする記録ヘッド。
【請求項３】
前記基準平面に対する角度が異なる吐出口面の連結部分には段差が形成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の記録ヘッド。
【請求項４】
前記各吐出口は、１回の液体吐出動作において、主滴と、該主滴より液量の少ない副滴とを吐出し、
前記主滴の吐出方向は、当該主滴を吐出する前記吐出口が形成される前記領域と前記基準平面とのなす角度に応じて変化すると共に、
前記副滴の吐出方向は、前記ノズル当該副滴を吐出する前記ノズルの軸線と前記基準平面とのなす角度に応じて変化することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の記録ヘッド。
【請求項５】
前記記録ヘッドは、前記基準平面と平行する位置に存在する記録媒体に対し、当該記録媒体の表面と平行する平面上を直線方向に沿って相対的に移動可能に保持されることを特徴とする請求項４に記載の記録ヘッド。
【請求項６】
前記主滴の吐出速度をＶｍ、前記副滴の吐出速度をＶｓ、前記記録ヘッドと前記記録媒体との相対移動速度をＶｆ、前記ノズルから前記記録媒体までの距離をｈとしたとき、
前記領域と前記基準平面とのなす角度θは、
１／Ｖｓ−１／（Ｖｍ・ｃｏｓθ）＝ｔａｎθ／Ｖｆ
の条件を満たすことを特徴とする請求項５に記載の記録ヘッド。
【請求項７】
前記吐出口が位置する吐出口面は、前記基準平面に対し、前記記録ヘッドの相対移動方向を向いて傾斜していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の記録ヘッド。
【請求項８】
前記ノズルは、液体を吐出するための熱エネルギを発生する電気熱変換体を含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の記録ヘッド。
【請求項９】
前記ノズルは、前記熱エネルギによって生じる液体の発泡に応じて変位する可動板を含むことを特徴とする請求項９に記載の記録ヘッド。
【請求項１０】
液体を吐出する複数の吐出口からなる吐出口群を複数備えた記録ヘッドの製造方法であって、
前記複数の吐出口群を形成してなる吐出口形成部の少なくとも一部に、平面状の研磨部材を吐出口に連通するノズルの軸線と直交しない角度で摺動させることにより、前記吐出口形成部に複数の異なる平面を形成することを特徴とする記録ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記研磨部材は、平面的な移動経路に沿って走行可能なベルト状の研磨部材により構成されることを特徴とする請求項１１に記載の記録ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
請求項１ないし１２のいずれかに記載の記録ヘッドと前記記録媒体とを相対移動させる移動手段と、
前記記録ヘッドと前記記録媒体とを相対移動させつつ、前記記録ヘッドから液体を吐出させる制御手段と、
を備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項１３】
前記移動手段は、前記記録ヘッドを主走査方向に移動させる移動機構と、前記記録媒体を前記主走査方向と交差する副走査方向に搬送する搬送機構と、を含むことを特徴とする請求項１３に記載のインクジェット記録装置。
【請求項１４】
前記記録ヘッドにおける前記ノズルは、所定のノズル列方向に沿って並ぶように複数備えられ、
前記移動手段は、前記ノズル列と交差する方向に前記記録媒体を搬送する搬送機構を含むことを特徴とする請求項１４に記載のインクジェット記録装置。
【請求項１５】
液体を吐出する複数の吐出口を形成する吐出口形成部を有し、前記吐出口形成部には異なるインクを吐出する複数種の吐出口群が形成された記録ヘッドを用いて画像の記録を行うインクジェット記録方法において、
前記記録ヘッドは、前記吐出口を先端に有するノズルの軸線と直交する基準平面に対し、異なる角度で交差する二以上の平面上に位置する吐出口面に前記複数の吐出口群が形成され、
前記基準平面上に位置させた記録媒体と前記記録ヘッドとを相対移動させつつ前記複数の吐出口群から異なるインクを吐出させて記録媒体上に記録を行うことを特徴とするインクジェット記録方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−１２００４０（Ｐ２００８−１２００４０Ａ）
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３０９１３７（Ｐ２００６−３０９１３７）
【出願日】平成１８年１１月１５日（２００６．１１．１５）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．バブルジェット
【出願人】（０００２０８７４３）キヤノンファインテック株式会社 (1,218)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１５日（２００６．１１．１５）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．バブルジェット
【出願人】（０００２０８７４３）キヤノンファインテック株式会社 (1,218)
【Ｆターム（参考）】
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