JP2006168143A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 高い階調性のフォト画像印字と、通常カラー画像の高速印字とを両立させることが実現できる記録ヘッドを提供する。
【解決手段】 共通液室から分岐している複数の流路に圧力室がそれぞれ接続され、前記圧力室に吐出口がそれぞれ連通し、記録液に吐出エネルギーを付与する複数の記録素子を備え、前記吐出口は小液滴を吐出させるための小吐出口と、中液滴を吐出させるための中吐出口と、大液滴を吐出させるための大吐出口とを含むインクジェット記録ヘッドにおいて、前記共通液室から分岐する、前記大吐出口と前記小吐出口を配置した第１の吐出口列と、前記中吐出口を配置した第２の吐出口列を配置していることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被記録媒体へインクを吐出して記録を行うインクジェット記録ヘッドに関するものである。

インクジェット記録装置は、記録ヘッドのコンパクト化が比較的容易であり、高精細な画像を高速で記録することができ、普通紙に特別の処理を必要とせずに記録することができ、ランニングコストが安く、ノンインパクト方式であるため騒音が少なく、しかも、多色のインクを使用してカラー画像を記録するのが容易であるなどの利点を有している。

特に、熱エネルギーを利用してインクを吐出するサーマルインクジェット方式の記録ヘッドは、エッチング、蒸着、スパッタリング等の半導体製造プロセスを経て、基板上に成膜された電気熱変換素子、電極、流路壁、天板などを形成することにより、高密度の流路配置つまり吐出口配置を有するものを容易に製造することができ、一層のコンパクト化を図ることができる。また、ＩＣ技術やマイクロ加工技術の長所を活用することにより、記録ヘッドの長尺化や２次元化、さらにはフルマルチ化および高密度実装化が容易である。

このサーマルインクジェット技術を用いたカラーインクジェットプリンタは年々高解像度化しており、特に、画質を形成するために使用する記録ヘッドにおいては個々の液滴を吐出する吐出口配列の解像度が６００ｄｐｉ、１２００ｄｐｉと年々高解像度化している。

また、画像を形成する吐出インク滴のサイズに関してはグレースケールのハーフトーン部や、カラーフォト画像における中間調、ハイライト部での粒状性を軽減させるべく、特にカラーインクを吐出させる記録ヘッドでは１５ｐｌ程度から５ｐｌ、２ｐｌ、１ｐｌと年々小液滴化する傾向にある。

しかし、小液滴、高解像度の記録ヘッドにおいては、高品位なカラーグラフィック画像や、フォト画像の印刷出力では高品位のユーザーニーズに対応できるものの、帳票におけるカラーグラフなどの解像度の要求されない粗い画像の印刷出力に対しては、小液滴、高解像度により、画像出力データの肥大化、および、データ転送時間を多く必要とする点から、高速印刷の要求には反する結果となる。

これを改善するためには、高速印刷時には比較的大きいサイズの液滴で、少ない出力データサイズで画像を形成できることが望ましく、高画質印刷の場合には液滴サイズを変調させ、形成画像の粒状性を極力少なくすることが望まれるため、同一色インクの記録ヘッドノズル群で異なるサイズの液滴を吐出させ、一色あたりの液滴サイズを変調させることが望ましい。

これを実現すべく、本発明の発明者による特許文献１では、異なるサイズのヒーターを同一ノズル内に配置し、個々のヒーターの発泡を使い分けることによって、同一ノズルから異なるサイズの液滴を吐出させる手段を考案し、製品化している。

また、特許文献２においては、大小の吐出量を交互に千鳥配置した記録ヘッドが提案されている。

また、単に異なるサイズの吐出量を必要とする記録ヘッドを実現化するならば、異なるサイズの液滴を吐出することが可能なノズル列を１ヘッド内に１色あたり、複数設置することが考えられる
特開平８−１８３１７９号公報 米国特許第６１３７５０２号明細書

しかしながら、前者においては、同一インク流路で異なる液滴を吐出させるため、異なるサイズの液滴によって、ノズル後方からのインク供給速度が変化し、インクジェット記録ヘッドを走させながらプリントを行う、いわゆるシリアル方式の記録装置では、同一の記録ヘッド走査（スキャン）時に異なるサイズの液滴を吐出することが困難であり、複数回の記録ヘッドのスキャンで大中小などの液滴を吐出し分ける必要がある。これは異なるサイズの液滴を同一の駆動周波数で吐出することができないため、高精細画像を形成する上では液滴サイズの変調制御が困難であることを意味する。

また、後者に関しては大小の吐出口を同数配置しているため、大吐出量を使用する高速印字には大きな問題はないが、高画質な階調印字時や小吐出量だけを使用する高密度な高画質印字には印字速度が遅くなる問題が生じる。

最後に、異なるサイズの液滴を吐出することが可能なノズル列を１ヘッド内に１色あたり、複数設置した場合は低価格化の著しいインクジェットプリンタ市場ではコスト的に成立し難い。

本発明は、以上の点に着目して成されたもので、ＤＴＰなどの普通紙の通常カラー画像も高速で印字でき、高い階調性のフォト画像印字と高速印字との両立が実現でき、また、同じ駆動周波数で印字することが可能で、さらに、より高品位な１パス印字が可能であるインクジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。

本発明は、共通液室から分岐している複数の流路に圧力室がそれぞれ接続され、前記圧力室に吐出口がそれぞれ連通し、記録液に吐出エネルギーを付与する複数の記録素子を備え、前記吐出口は小液滴を吐出させるための小吐出口と、中液滴を吐出させるための中吐出口と、大液滴を吐出させるための大吐出口とを含むインクジェット記録ヘッドにおいて、前記共通液室から分岐する、前記大吐出口と前記小吐出口を配置した第１の吐出口列と、前記中吐出口を配置した第２の吐出口列を配置したことを特徴とする。

このような吐出口配置の記録ヘッドで印字を行えば、細かい階調で液滴サイズを変調させることができるため、高い階調性のフォト画像を印字することが可能となる。また、高濃度のベタ印字も１パス印字で対応できるため、ＤＴＰなどの普通紙の通常カラー画像も高速で印字でき、高い階調性のフォト画像印字との両立が実現できる。

また、大中小吐出口に対応して流路の長さや幅を調節することにより、大中小吐出口のリフィル時間を調節でき、同じ駆動周波数で印字することが可能となる。さらに、小吐出口の対岸に配置されている中吐出口の吐出口間隔を狭くする、または、中吐出口の吐出口間隔を高密度にすることで、より高品位な１パス印字が可能となる。

本発明によれば、共通液室から分岐している複数の流路に圧力室がそれぞれ接続され、前記圧力室に吐出口がそれぞれ連通し、記録液に吐出エネルギーを付与する複数の記録素子を備え、前記吐出口は小液滴を吐出させるための小吐出口と、中液滴を吐出させるための中吐出口と、大液滴を吐出させるための大吐出口とを含むインクジェット記録ヘッドにおいて、前記共通液室から分岐している２列の吐出口列群に、前記大吐出口と前記小吐出口を配置した第１の吐出口列と、前記中吐出口を配置した第２の吐出口列を配置した吐出口配置の記録ヘッドで印字を行えば、細かい階調で液滴サイズを変調させることができるため、高い階調性のフォト画像を印字することが可能となる。また、高濃度のベタ印字も１パス印字で対応できるため、ＤＴＰなどの普通紙の通常カラー画像も高速で印字でき、高い階調性のフォト画像印字と高速印字との両立が実現できる。

また、大中小吐出口に対応して流路の長さや幅を調節することにより、大中小吐出口のリフィル時間を調節でき、同じ駆動周波数で印字することが可能となる。さらに、小吐出口の対岸に配置されている中吐出口の吐出口間隔を狭くする、または、中吐出口の吐出口間隔を高密度にすることで、より高品位な１パス印字が可能となる。

以下に本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。

（第１の実施例）
図３はインクジェット記録装置の一実施例の要部構成を示す図である。図３において、３１は記録ヘッドであり、本実施例ではＢｋ（ブラック）、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）の４色の記録ヘッドを配置した。前記記録ヘッド３１は、駆動モータ３３の駆動力を伝達する駆動ベルト３４の一部に連結され、往復移動を可能にしている。前記記録ヘッド３１を記録チップが配置されている側から見た図を図４に示す。記録チップ４１は、エッチング、蒸着、スパッタリング等の半導体製造プロセスを経て、基板上に成膜された電気熱変換素子の上に、流路、吐出口を形成したものである。

ホストから印字信号が送られた場合、電気コンタクト基板４３、電気配線部材４４を経由して記録チップ４１の電気熱変換素子に送られる。前記記録チップ４１と電気配線部材４４との接合部には、インクから保護し、電気を通さない樹脂等からなる封止剤４２で封止を行ってある。前記電気熱変換素子（以下、ヒーターと呼ぶ）に印加された信号は熱エネルギーに変換され、この熱エネルギーにより生じる膜沸騰による気泡の成長、収縮によって生じる圧力変化を利用して、吐出口よりインクを吐出させ、被記録媒体に記録を行う。

また図３において、被記録媒体３５は給紙搬送機構３６により前記キャリッジ３２の移動方向と垂直方向に搬送される。１行分の記録を行うごとに前記被記録媒体３５を所定量ピッチ搬送して再び次の１行を記録し、以下このような記録動作を繰り返して被記録媒体３５の全域に画像を形成していく。

図１に本実施例の記録ヘッドの記録チップを吐出方向から見た図を示す。共通液室１４に対して、図１左側の吐出口列に大吐出口１３と小吐出口１１が交互に配置され、図１右側の吐出口列に中吐出口１２が配置されている。インク供給口１７から供給されたインクはそれぞれの流路１５を通って吐出口に送られる。各吐出口にはヒーター１６が配置してある。本実施例で用いている大吐出口、中吐出口、小吐出口の想定インク吐出量と吐出口面積とヒーター面積を表１に示す。

このような吐出口配置の記録ヘッドで印字を行えば、３００ｄｐｉの格子状の１画素に対し、２ｐｌから４６ｐｌまでの吐出量を細かい階調で変調させることができる。そのため、２種類の吐出口構成（例えば、大小吐出口）の場合よりもさらに階調性の高いフォト画像を印字することが可能となる。

また、吐出口列に対応した記録媒体上の領域を分割して得られる領域に対して１回の走査で印字する１パス印字の場合であっても、図２のように３００ｄｐｉの１画素に対して４６ｐｌの吐出量のインク液滴を印字可能である。２１は小吐出口から吐出されたインク液滴、２２は中吐出口から吐出されたインク液滴、２３は大吐出口から吐出されたインク液滴を示す。高濃度のベタ印字も１パス印字で対応できるため、高精細な画像を要求しない、ＤＴＰなどの普通紙の通常カラー画像も高速で印字でき、高い階調性のフォト画像印字と高速印字の両立が実現できる。

以上、本実施例で吐出量、吐出口面積、ヒーター面積の一例を挙げたが、本発明の目的を達成するのであれば、これに限らない。

（第２の実施例）
図５に本実施例の記録ヘッドの記録チップを吐出方向から見た図を示す。図１に対して流路の長さを変更したものであり、それ以外の部分は、上述と同様であるため符号を省略してある。

大中小吐出口の流路の長さがすべて同じ場合、大吐出口から吐出される約１０ｐｌ分のインクを共通液室から補充するリフィル時間は他の吐出口に比べ遅くなり、小吐出口から吐出される約２ｐｌ分のインクを共通液室から補充するリフィル時間は他の吐出口に比べ早い。そのため、駆動周波数は大吐出口のリフィル時間に制限され、大中小吐出口毎に分けなければならない。

そこで、大中小吐出口のリフィル時間を合わせるために、大吐出口の流路の長さＬｌ、中吐出口の流路の長さをＬｍ、小吐出口の流路の長さをＬｓとしたとき、
Ｌｌ＞Ｌｍ＞Ｌｓ
の関係が成り立つようにした。大吐出口の流路の長さを他の吐出口に比べ短くし、小吐出口の流路の長さを他の吐出口に比べ長くすることで、大中小吐出口のリフィル時間を調節でき、同じ駆動周波数で印字することが可能となる。

（第３の実施例）
図６に本実施例の記録ヘッドの記録チップを吐出方向から見た図を示す。図１に対して流路の幅を変更したものであり、それ以外の部分は符号を省略してある。

第２の実施例では大中小吐出口の流路の長さを変えてリフィル時間を調節したが、流路の幅を変えることでもリフィル時間の調整が可能である。図６で示すように、大吐出口の流路の幅をＷｌ、中吐出口の流路の幅をＷｍ、小吐出口の流路の幅をＷｓとしたとき、
Ｗｌ＞Ｗｍ＞Ｗｓ
の関係が成り立つようにした。大吐出口の流路の幅を他の吐出口に比べ広くし、小吐出口の流路幅を他の吐出口に比べ狭くすることで、大中小吐出口のリフィル時間を調節でき、同じ駆動周波数で印字することが可能となる。さらに本発明では、流路の幅を必要とする大吐出口と流路の幅を必要としない小吐出口とを同じ吐出口列に配置しているため、図６のように高密度配置にも有効である。

以上のように、流路の長さ、幅を変更して大中小吐出口のリフィル時間を調節することを説明してきたが、図７のように流路の共通液室側に形成されるノズルフィルターの形状を大中小吐出口に応じて変更することでも同様の効果が得られる。

（第４の実施例）
図８に本実施例の記録ヘッドの記録チップを吐出方向から見た図を示す。図１に対して中吐出口の配置を変更したものであり、それ以外の部分は、上述と同様であるため符号を省略してある。

図１のような大中小吐出口配置で１パス印字を行った場合、インクの性能、吐出量やにじみ率によっては、図２に示すＡの部分がやや白スジのように見える場合がある。そこで、図７のように小吐出口の対岸にあたる中吐出口の吐出口間隔を狭くする。このようにすると、１パス印字時に吐出されたインク液滴は図９のようなる。９１は小吐出口から吐出されたインク液滴、９２は中吐出口から吐出されたインク液滴、９３は大吐出口から吐出されたインク液滴を示す。小吐出口から吐出された小液滴のみでは埋めきれないＡの部分が、中吐出口から吐出された中液滴で補完され、埋めることができ、高品位な１パス印字を可能とする。

また、図１０のように大小吐出口に比べ、中吐出口の吐出口密度を大きくすることによっても、上記と同様な効果が得られる。

本発明の第１の実施例の記録チップを示す図 本発明の第１の実施例のインク液滴の打ち込みを示す図 インクジェット記録装置を示す図 記録ヘッドを示す図 本発明の第２の実施例の記録チップを示す図 本発明の第３の実施例の記録チップを示す図 本発明の第３の実施例の記録チップを示す図 本発明の第４の実施例の記録チップを示す図 本発明の第４の実施例のインク液滴の打ち込みを示す図 本発明の第４の実施例の記録チップを示す図

符号の説明

１１ 小吐出口
１２ 中吐出口
１３ 大吐出口
１４ 共通液室
１５ 流路
１６ ヒーター
１７ インク供給口
２１ 小液滴
２２ 中液滴
２３ 大液滴
３１ 記録ヘッド
３２ インクタンク
３３ 駆動モータ
３４ 駆動ベルト
３５ 被記録媒体
３６ 給紙搬送機構
３７ 吸引回復キャップ
３８ ワイパーブレード
４１ 記録チップ
４２ 封止剤
４３ 電気コンタクト基板
４４ 電気接合部材
７１ ノズルフィルター
７２ ノズルフィルター
７３ ノズルフィルター
９１ 小液滴
９２ 中液滴
９３ 大液滴

Claims (8)

1. 共通液室から分岐している複数の流路に圧力室がそれぞれ接続され、前記圧力室に吐出口がそれぞれ連通し、記録液に吐出エネルギーを付与する複数の記録素子を備え、前記吐出口は小液滴を吐出させるための小吐出口と、中液滴を吐出させるための中吐出口と、大液滴を吐出させるための大吐出口とを含むインクジェット記録ヘッドにおいて、
   前記共通液室から分岐する、前記大吐出口と前記小吐出口を配置した第１の吐出口列と、前記中吐出口を配置した第２の吐出口列を配置していることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記第１の吐出口列の前記大吐出口と前記小吐出口が交互に配置されてい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。
3. 前記第２の吐出口列の前記中吐出口の吐出口間隔が一定でない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。
4. 前記吐出口列に垂直な前記大吐出口の吐出口中心線に近い前記中吐出口の吐出口間隔より、前記吐出口列に垂直な前記小吐出口の吐出口中心線に近い前記中吐出口の吐出口間隔が狭いことを特徴とする請求項３に記載のインクジェット記録ヘッド。
5. 前記第１の吐出口列の吐出口密度より前記第２の吐出口列の吐出口密度が大きいことを特徴とする請求項２乃至請求項４いずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
6. 前記大吐出口に連通した流路の長さと、前記中吐出口に連通した流路の長さと、前記小吐出口に連通した流路の長さがそれぞれ異なることを特徴とする請求項１乃至請求項５いずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
7. 前記大吐出口に連通した流路の幅と、前記中吐出口に連通した流路の幅と、前記小吐出口に連通した流路の幅がそれぞれ異なることを特徴とする請求項１乃至請求項６いずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
8. 前記大吐出口に連通した流路の共通液室側に形成されたノズルフィルターの大きさと、前記中吐出口に連通した流路の共通液室側に形成されたノズルフィルターの大きさと、前記小吐出口に連通した流路の共通液室側に形成されたノズルフィルターの大きさがそれぞれ異なることを特徴とする請求項１乃至請求項７いずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。