JP2007152674A - 記録ヘッド、ヘッドカートリッジ、記録装置および記録制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 記録画像の劣化や記録速度の低下を生じることなく、インクジェット記録方式による記録ヘッドの吐出口から吐出されるインク滴の吐出軌跡の偏倚を低減し、高品質な画像形成を実現する
【解決手段】 インクジェット記録ヘッドにおいて、第１の方向に配列されたインク吐出口と、インク吐出口の配列両端部にありインク吐出口各々の内部に設けられインクを吐出するためのエネルギーを発生する第１駆動素子および第２駆動素子と、インク吐出口の配列中央部にありインク吐出口各々の内部に設けられインクを吐出するためのエネルギーを発生する第３駆動素子とを有し、第１、第２及び第３駆動素子とは第１の方向に配列しており、第１及び第２駆動素子とは、夫々が設けられたインク吐出口の中心よりずれた位置に配置されることを特徴とする。
【選択図】図１４

Description

本発明は記録ヘッドおよび記録ヘッドの制御技術に関するものである。特に、液体を吐出するための吐出口を有する記録ヘッド、その記録ヘッドを用いたヘッドカートリッジ、その記録ヘッドあるいはヘッドカートリッジを用いた記録装置、及び、記録制御方法に関する。

近年、インターネットやデジタルカメラの普及などにより、高階調のカラー印刷に対する需要も高まってきており、これに伴ってインクジェットプリンタの高性能化も進められつつある。高精細かつ高階調の高品位画像を記録する方法として以下の方法が知られている。

（１）インクを吐出するための吐出口の配列間隔を狭め、解像度の向上を図る。

（２）特定の色インクに対し、これに含まれる色剤の割合、つまり色剤の濃度が異なる複数の色インクをそれぞれ吐出する複数の記録ヘッドを用意し、必要に応じて濃インクと淡インクとを選択的に吐出することにより階調性の向上を図る。

（３）吐出口から吐出されるインク滴の大きさ、すなわちインク量を可変にすることにより階調性の向上を図る。

インクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッドという）の吐出口からインクを吐出させるための吐出エネルギーとして熱エネルギーを用い、インク中に気泡を発生させてその際の発泡圧力を利用する方法がある。この、サーマルタイプのインクジェット方式のプリンタにおいては、上述した（３）の方法が比較的困難であるので、（１）や（２）の方法が特に有効であると考えられる。

しかしながら、（２）の方法を実現しようとすると、特定の色インクに対して２つ以上の記録ヘッドが必要となり、コスト高になってしまう。従って、（１）のように吐出口の配列間隔を狭め、各吐出口から吐出される個々のインク滴の大きさを小さくして解像度の向上を図る方法が、製造コストの上昇をほとんど伴わないことから最も望ましい簡便な方法と考えられている。この時のインク滴の容量は、例えば１０ピコリットル以下である。

このような小さなインク滴を吐出口から吐出させる場合、インクの加熱に伴って膜沸騰により成長する気泡を吐出口を介して大気に連通させる方式のものが開示されている。この方法は、膜沸騰により成長する気泡を大気に連通させずにインク滴を吐出する旧来のインクジェット方式のものと区別するため、バブルスルー方式と呼称される場合がある（特許文献１、２、３）。

気泡が大気に連通するバブルスルー方式の記録ヘッドは、インク滴の大きさを吐出口の幾何学的形状のみで決定できる。そのため、小インク滴を吐出するのに適しており、温度などの影響を受けにくく、インク滴の吐出量が旧来のインクジェット方式の記録ヘッドと比較して非常に安定しているという利点がある。したがって、高精細かつ高階調の高品位画像を比較的容易に記録することが可能である。

高精細かつ高階調の高品位画像を記録するには、１つの吐出口から極めて少量のインク滴を吐出させてプリントを行うことが好ましい。この場合、プリント速度の高速化のためには吐出口からインク滴を短周期で吐出させる必要がある。しかも、記録ヘッドを搭載するキャリッジを記録媒体に対して記録ヘッドの駆動周波数に同期して高速で走査移動させなければならない。このような観点から、インクジェットプリンタにおいては特にバブルスルー方式のものが適していると言える。
特開平４−１０９４０号公報 特開平４−１０９４１号公報 特開平４−１０７４２号公報

このような記録ヘッドをキャリッジと共に記録媒体に沿って高速で走査移動させつつ、すべての吐出口からインク滴を連続的に吐出させ記録媒体（紙など）に対して記録する場合のインク滴の吐出状態を図１に示す。記録デューティ１００％の場合、いわゆるベタ画像に対応している。なお、記録ヘッド１０１の走査方向は、この図１の図面に対して垂直な方向であり、図示しない複数の吐出口は図の左右方向に配列した状態となっている。

ベタプリントの際には、各吐出口に対応するすべてのヒータ（図示せず）が高い駆動周波数で駆動される。このため、吐出口から記録媒体１０２に向けて吐出するインク滴１０３の運動に伴い、その周囲に介在する粘性を持った空気もインク滴１０３の運動に引きずられて移動する。この結果、記録ヘッド１０１の吐出口が開口する吐出口面１０４近傍が記録ヘッド１０１の周囲よりも減圧傾向となる。そのため、特に吐出口の配列方向両端側に位置する吐出口から吐出されるインク滴１０３はその配列方向中央側に引き寄せられ、記録媒体１０２に対して所望の位置に記録出来なくなる。

このような現象の下で、複数回のキャリッジ走査によってベタ画像の形成を行った場合に、記録媒体に形成される画像を図２に模式的に示す。キャリッジは記録ヘッドと共に図面左右方向に走査しながら記録動作を行う。そのため、前回の走査移動によって形成されたべた画像２０１−１と次の走査によって形成されたべた画像２０１−２との間に白筋２０２が形成されてしまうことが理解されよう。この現象は、特に、吐出口の配列間隔を狭く設定し、１回の駆動操作によって１０ピコリットル以下の少量のインク滴を高周期で吐出可能なバブルスルー方式の記録ヘッドを用いた場合において顕著に現れる。

吐出口から吐出されるインク滴の大きさ（体積）を大きくし、インク滴の慣性質量を増大させることによって、複数の吐出口の配列方向両端側に位置する吐出口から吐出されるインク滴の吐出軌跡の偏倚を低減することは可能である。しかしながら、インク滴を大きくすることは、高精細かつ高階調の画像を形成する上での障害になる。さらに、記録媒体に対するインク滴の浸透が遅れる上、記録媒体の膨潤に伴って記録画像の劣化を招来する可能性が高くなるという問題を生じる。

また、ヒータに対する駆動周波数を低く抑えることにより、上述したインク滴の吐出軌跡の偏倚を低減することも可能である。しかしながら、ヒータに対する駆動周波数を低くする結果、画像形成速度自体も遅くなってしまい、高速でプリントアウトするというユーザのニーズに応えることが困難になってしまうという問題を生じる。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、記録画像の劣化や記録速度の低下を生じることなく、吐出口から吐出されるインク滴の吐出軌跡の偏倚を低減する。そのようにして、高品質な画像形成を実現することが可能な記録ヘッドおよび記録ヘッドの制御技術に関するものである。特に、液体を吐出するための吐出口を有する記録ヘッド、その記録ヘッドを用いたヘッドカートリッジ、その記録ヘッドあるいはヘッドカートリッジを用いた記録装置、及び、記録方法を提供することを目的としている。

インクジェット記録ヘッドにおいて、第１の方向に配列されたｎ個のインク吐出口と、ｎ個のインク吐出口の配列両端部にありｎ個より少ないｍ個のインク吐出口各々の内部に設けられインクを吐出するためのエネルギーを発生する第１駆動素子と、第１駆動素子が設けられたｍ個のインク吐出口各々の内部に設けられインクを吐出するためのエネルギーを発生する第２駆動素子と、ｎ個のインク吐出口の配列中央部にあり（ｎ−ｍ）個のインク吐出口各々の内部に設けられインクを吐出するためのエネルギーを発生する第３駆動素子とを有し、ｍ個の第１及び第２駆動素子と（ｎ−ｍ）個の第３駆動素子とは第１の方向に配列しており、第１及び第２駆動素子とは、夫々が設けられたインク吐出口の中心よりずれた位置に配置されることを特徴とする。

また、第１の方向に配列されたｎ個のインク吐出口を第１列のインク吐出口列とし、第１のインク吐出口列に平行にｎ個のインク吐出口からなる第２列のインク吐出口列をさらに有し、第２列のインク吐出口列の両端部にあるｍ個のインク吐出口各々の内部にはインクを吐出するためのエネルギーを発生する第１及び第２の駆動素子を設け、第２列のインク吐出口列の中央部にある前記（ｎ−ｍ）個のインク吐出口各々の内部にはインクを吐出するためのエネルギーを発生する第３駆動素子を設け、第２列のインク吐出口列に属するインク吐出口に設けられたｍ個の第１及び第２駆動素子と（ｎ−ｍ）個の第３駆動素子とも第１の方向に配列しており、第２列のインク吐出口列に属するインク吐出口に設けられた第１及び第２駆動素子とも夫々が設けられたインク吐出口の中心よりずれた位置に配置されることを特徴とする。。

さらに、第１列のインク吐出口列に属するｎ個のインク吐出口は等間隔で第１の方向に配列しており、第２列のインク吐出口列に属するｎ個のインク吐出口は第１列のインク吐出列に属するインク吐出口が配列されたのと同じ等間隔で第１の方向に配列しており、第１列のインク吐出口列に属するｎ個のインク吐出口の配置位置は第２列のインク吐出口列に属するｎ個のインク吐出口の配置位置から等間隔の１／２だけ第１の方向にずれていることを特徴とする。

なお、第１及び第２駆動素子はヒータであることを特徴とする。

さらに、第１及び第２駆動素子のヒータの発熱量は異なることを特徴とする。

また、第１及び第２のインク吐出口列に平行に夫々がｎ個のインク吐出口からなる第３及び第４列のインク吐出口列をさらに有し、第３及び４列のインク吐出口列の両端部にあるｍ個のインク吐出口各々の内部にはインクを吐出するためのエネルギーを発生する第４及び第５の駆動素子を設け、第３及び４列のインク吐出口列の中央部にある（ｎ−ｍ）個のインク吐出口各々の内部にはインクを吐出するためのエネルギーを発生する第６駆動素子を設け、第３及び４列のインク吐出口列に属するインク吐出口に設けられたｍ個の第４及び第５駆動素子と（ｎ−ｍ）個の第６駆動素子とも第１の方向に配列しており、第３及び４列のインク吐出口列に属するインク吐出口に設けられた第４及び第５駆動素子とも夫々が設けられたインク吐出口の中心よりずれた位置に配置されることを特徴とする。

さらに、第１及び２列のインク吐出口列に属するインク吐出口からのインク吐出量は第３及び４列のインク吐出口列に属するインク吐出口からのインク吐出量とは異なることを特徴とする。

あるいは、少なくとも第１列のインク吐出口列のｎ個のインク吐出口は交互に径の異なるインク吐出口から構成されることを特徴とする。

上記に記載のインクジェット記録ヘッドを用いたヘッドカートリッジ。

上記に記載のインクジェット記録ヘッドを走査して記録媒体に記録を行う記録装置において、記録媒体を搬送する搬送手段と、第１の方向が記録媒体の搬送方向となるようにインクジェット記録ヘッドを搭載するキャリッジと、キャリッジを前記搬送方向とは異なる方向に走査する走査手段と、第１駆動素子と第２駆動素子とを駆動するタイミングを制御する制御手段とを有し、制御手段により第１駆動素子と第２駆動素子とを駆動するタイミングをずらすことにより、インク吐出口列の両端部にあるインク吐出口から吐出されるインク液滴の吐出方向を制御することを特徴とする。

さらに、記録に用いる記録データから得られる記録デューティに従い、第１駆動素子と第２駆動素子とを駆動するタイミングを決定する決定手段を有することを特徴とする。

上記に記載のインクジェット記録ヘッドを走査して記録媒体に記録を行う際の記録制御方法であって、記録媒体を搬送する搬送工程と、第１の方向が記録媒体の搬送方向となるようにインクジェット記録ヘッドをキャリッジに搭載してキャリッジを搬送方向とは異なる方向に走査する走査工程と、走査工程におけるインクジェット記録ヘッドの走査記録中に第１駆動素子と第２駆動素子とを駆動するタイミングを制御する制御工程とを有し、制御工程において第１駆動素子と第２駆動素子とを駆動するタイミングをずらすことによりインク吐出口列の両端部にあるインク吐出口から吐出されるインク液滴の吐出方向を制御することを特徴とする。

本発明によれば、記録画像の劣化や記録速度の低下を生じることなく、吐出口から吐出されるインク滴の吐出軌跡の偏倚を低減し、高品質な画像形成を実現することができるいう効果がある。

以下添付図面を参照して本発明の好適な実施例について詳細に説明する。

なお、以下に説明する実施例では、インクジェット方式に従う記録ヘッドを用いた記録装置を例に挙げて説明する。

なお、この明細書において、「記録」（「プリント」という場合もある）とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合に限らない。有意無意を問わず、また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、または媒体の加工を行う場合も表すものとする。

また、「記録媒体」とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能なものも表すものとする。

さらに、「インク」（「液体」と言う場合もある）とは、上記「記録（プリント）」の定義と同様広く解釈されるべきものである。つまり、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成または記録媒体の加工、或いはインクの処理（例えば記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固または不溶化）に供され得る液体を表すものとする。

またさらに、「ノズル」とは、特にことわらない限り吐出口ないしこれに連通する液路およびインク吐出に利用されるエネルギーを発生する素子を総括して言うものとする。

＜インクジェット記録装置の構造＞
図３は、本発明の代表的な実施例であるインクジェット記録装置（以下、記録装置という）の機構部分の外観斜視図である。

記録装置のシャシー１０は、所定の剛性を有する複数の板状金属部材により構成され、この記録装置の骨格をなす。シャシー１０には、図示しないシート状の記録媒体を記録装置の内部へと自動的に給送する媒体給送部１１がある。また、媒体給送部１１から１枚ずつ給送される記録媒体を所望のプリント位置へ導くと共にこのプリント位置から媒体排出部１２へと記録媒体を導く媒体搬送部１３がある。さらに、プリント位置に搬送された記録媒体に所定のプリント動作を行うプリント部と、このプリント部に対する回復処理を行うヘッド回復部１４とが組み付けられている。

なお、プリント部は、キャリッジ軸１５に沿って移動可能に支持されたキャリッジ１６と、キャリッジ１６にヘッドセットレバー１７を介して着脱可能に搭載されるヘッドカートリッジ１８とからなる。

図４は、図３に示す記録装置に用いられるヘッドカートリッジを分解した状態の外観斜視図である。また、図５は、図４に示すヘッドカートリッジにおけるインクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッドという）周辺の外観斜視図である。

ヘッドカートリッジ１８が搭載されるキャリッジ１６には、ヘッドカートリッジ１８の記録ヘッド１９をキャリッジ１６上の所定の装着位置に位置決めするためのキャリッジカバー２０がある。また、記録ヘッド１９のタンクホルダ２１と係合して記録ヘッド１９を所定の装着位置に位置決めするように押圧する前述のヘッドセットレバー１７が設けられている。この実施例の着脱手段としてのヘッドセットレバー１７は、キャリッジ１６の上部に図示しないヘッドセットレバー軸に対して回動可能に設けられる。また記録ヘッド１９との係合部には、ばね付勢される図示しないヘッドセットプレートが設けられ、このヘッドセットプレートのばね力によって記録ヘッド１９を押圧しながらキャリッジ１６に装着するようになっている。

記録ヘッド１９に対するキャリッジ１６の別の係合部には、図示しないコンタクトフレキシブルプリントケーブル（以下、コンタクトＦＰＣと称す）２２の一端部が連結されている。さらに、コンタクトＦＰＣ２２の一端部に形成された図示しないコンタクト部と、記録ヘッド１９に設けられた外部信号入力端子であるコンタクト部２３とが電気的に接触している。そのようにして、プリントのための各種情報の授受や記録ヘッド１９への電力の供給などを行い得るようになっている。

コンタクトＦＰＣ２２のコンタクト部とキャリッジ１６との間には、図示しないゴムなどの弾性部材が設けられる。この弾性部材の弾性力とヘッドセットプレートによる押圧力とによって、コンタクトＦＰＣ２２のコンタクト部と記録ヘッド１９のコンタクト部２３との確実な接触を可能とするようになっている。コンタクトＦＰＣ２２の他端部は、キャリッジ１６の背面に搭載された図示しないキャリッジ基板に接続されている。

本実施例におけるヘッドカートリッジ１８は、インクを貯留するインクタンク２４と、インクタンク２４から供給されるインクをプリント情報に応じて記録ヘッド１９の吐出口２５（後述の図７参照）から吐出させる前述の記録ヘッド１９とを有する。本実施例の記録ヘッド１９は、キャリッジ１６に対して着脱可能に搭載される、いわゆるカートリッジ方式を採用している。

また、本実施例では写真調の高画質なカラープリントを可能とするため、独立した６個のインクタンク２４を使用可能としている。なお、６個のインクタンク２４には、例えば黒色（Ｋ），淡シアン色（ＬＣ），淡マゼンタ色（ＬＭ），シアン色（Ｃ），マゼンタ色（Ｍ）および黄色（Ｙ）の各色インクが充填されている。各インクタンク２４には、ヘッドカードリッジ１８に対して係止し得る弾性変形可能な取り外し用レバー２６が設けられ、取り外し用レバー２５を操作することにより、記録ヘッド１９に対してそれぞれ取り外し可能となっている。

さらに、以上では、記録ヘッドから吐出される液滴はインクであるとして説明し、さらにインクタンクに収容される液体はインクであるとして説明したが、その収容物はインクに限定されるものではない。例えば、記録画像の定着性や耐水性を高めたり、その画像品質を高めたりするために記録媒体に対して吐出される処理液のようなものがインクタンクに収容されていても良い。

＜インクジェット記録装置の制御構成＞
図６は、インクジェット記録装置の内部機能を示すブロック図である。

図に示すように、コントローラ６００は、ＭＰＵ６０１、後述する制御シーケンスに対応したプログラム、所要のテーブル、その他の固定データを格納したＲＯＭ６０２がある。また、キャリッジモータＭ１の制御、搬送モータＭ２の制御、及び、記録ヘッド１９の制御のための制御信号を生成する特殊用途集積回路（ＡＳＩＣ）６０３がある。さらに、画像データの展開領域やプログラム実行のための作業用領域等を設けたＲＡＭ６０４がある。そして、ＭＰＵ６０１、ＡＳＩＣ６０３、ＲＡＭ６０４を相互に接続してデータの授受を行うシステムバス６０５がある。そして、以下に説明するセンサ群からのアナログ信号を入力してＡ／Ｄ変換し、デジタル信号をＭＰＵ６０１に供給するＡ／Ｄ変換器６０６などで構成される。

また、６１０は画像データの供給源となるコンピュータ（或いは、画像読取り用のリーダやデジタルカメラなど）でありホスト装置と総称される。ホスト装置６１０とインクジェット記録装置との間ではインタフェース（Ｉ／Ｆ）６１１を介して画像データ、コマンド、ステータス信号等を送受信する。

さらに、６２０はスイッチ群であり、操作者による指令入力を受けるためのスイッチから構成される。たとえば、電源スイッチ６２１、プリント開始を指令するためのプリントスイッチ６２２、及び記録ヘッド１９のインク吐出性能を良好な状態に維持するための処理（回復処理）の起動を指示するための回復スイッチ６２３などがある。６３０はホームポジションｈを検出するためのフォトカプラなどの位置センサ６３１、環境温度を検出するために記録装置の適宜の箇所に設けられた温度センサ６３２等から構成される装置状態を検出するためのセンサ群である。

さらに、６４０はキャリッジ２を矢印Ａ方向に往復走査させるためのキャリッジモータＭ１を駆動させるキャリッジモータドライバ、６４２は記録媒体Ｐを搬送するための搬送モータＭ２を駆動させる搬送モータドライバである。

ＡＳＩＣ６０３は、記録ヘッド３による記録走査の際に、ＲＡＭ６０２の記憶領域に直接アクセスしながら記録ヘッドに対して記録素子（吐出ヒータ）の駆動データ（ＤＡＴＡ）を転送する。

＜記録ヘッドの構造＞
図７は、図４に示すヘッドカートリッジにおけるヘッド基板の外観斜視図である。また、図８は、図７に示すヘッド基板の断面構造を示す図である。さらに、図９は、本実施例に係る記録ヘッドの吐出口およびヒータの配列状態を示す図である。

記録ヘッド１９は、後述するプリント素子基板２７，前述のタンクホルダ２１などから構成されている。なお、本実施例におけるプリント素子基板２７は、厚さが０.５ｍｍ〜１ｍｍのシリコン基板の上に成膜技術を用いて電気熱変換体（以下、ヒータと呼ぶ），共通インク室３１，インク路３３，吐出口２５などを形成したものである。なお、ここでは、インク吐出の駆動素子としてヒータを用いるよう説明するが、ピエゾ素子など他の駆動素子を用いてもよい。

プリント素子基板２７には、これを貫通する長孔状のインク供給口２８が形成されている。インク供給口２８の両側には、記録媒体の搬送方向、つまりインク供給口２８の長手方向に沿って所定間隔で２列に並ぶ複数（ここでは１列あたり２５６個）のヒータ２９が相互に半ピッチずらした状態で形成されている。そして、それぞれの列の中心間距離は２３３μｍであり、それぞれヒータを構成している。プリント素子基板２７には、ヒータ２９の他、ヒータ２９と記録装置本体側との電気的接続を行うための電極端子３０およびアルミニウムなどで形成される図示しない電気配線などが成膜技術によって形成されている。

プリント素子基板２７に形成された電極端子３０に対して連結される電気配線基板（不図示）は、プリント素子基板２７にインクを吐出するための電気信号を印加するためのものである。また、電気配線基板は、プリント素子基板２７に対応する電気配線と、この電気配線端部に位置し、記録装置本体からの電気信号を受け取るための前述のコンタクト部２３とを有している。なお、コンタクト部２３はタンクホルダ２１の背面側に位置決め固定されている。電気配線基板を介して図示しない駆動ＩＣからヒータ２９に対する駆動信号が与えられ、同時に駆動電力がヒータ２９に供給される。

なお、インクタンク２４を着脱可能に保持するタンクホルダ２１には、インクタンク２４からプリント素子基板２７のインク供給口２８に亙るインク流路が形成されている。

プリント素子基板２７上には、インク供給口２８に連通する共通インク室３１を介してヒータ２９とそれぞれ正対する複数の吐出口２５を有する上板部材３２が形成される。すなわち、上板部材３２とプリント素子基板２７との間には、個々の吐出口２５と共通インク室３１とに連通するインク路３３が形成され、隣接するインク路３３の間には仕切り壁３４が形成される。共通インク室３１，インク路３３および仕切り壁３４などは、吐出口２５と同様にフォトリソグラフィ技術により上板部材３２と共に形成される。

インク供給口２８から各インク路３３内に供給される液体は、対応するインク路３３に臨むヒータ２９に駆動信号が与えられることにより、ヒータ２９の発熱に伴って沸騰し、これにより発生する気泡の圧力によって吐出口２５から吐出される。この場合、共通インク室３１内で発生する気泡は、その成長に伴って吐出口２５から大気連通状態となる。

図１０は、従来の記録ヘッドの吐出口の配列形態の例を示す。従来（図１０）の、記録ヘッド１９をキャリッジ１６と共に記録媒体に沿って高速で走査移動させつつすべての吐出口２５からインク滴を連続的に吐出させ、いわゆるベタ画像を記録媒体に記録した場合、図２を用いて前述したように白筋２０２が生じる。たとえば、図１０の記録ヘッドのヒータ２９と吐出口２５の間隔を６００ｄｐｉ間隔ですべて等しく設定した場合においては、白筋２０２の幅が７０μｍ程度にも達することが判明した。

図１１は、従来の記録ヘッドを用いてマルチパス記録で形成したベタ画像の模式図を示す。写真調の記録を行う際には、複数回のパスで画像を形成するが、図１１に示されるように、パスのつなぎ部分１１０２がうっすら薄くなりムラとなって見える。なお、図１１において１１１０は記録ヘッド１９の記録幅である。

図１２は、記録デューティとずれの量との関係の実測値を示す図である。本実測値は、記録媒体としてＣＡＮＯＮ製ＰＲ−１０１紙を用い、４パスで記録を行った場合のものである。なお、ここで記録デューティとは、ある記録タイミング（瞬間）における、吐出口列の吐出口全体の数に対する、インク吐出が行われている吐出口の数の割合を示している。例えば、１００％が記録幅１１１０のベタ記録に相当し、４パス記録の際の最大デューティは２５％に相当する。図に示すとおり、減圧空気により中央に引き寄せられる量は記録デューティに応じて変化する。

本実施例に係る記録ヘッド（図９）は、従来の記録ヘッド（図１０）と、吐出口配列の両端部分に吐出口配列方向に配置された複数のヒータを有する点が異なる。なお、ここでは図９に示す配列状態において、吐出口３７の間隔は６００ｄｐｉ（４２.３μｍ）間隔に設定されているとする。また、一方の列の吐出口３７の配列方向両端から数えて２０個目までは、第１駆動素子であるヒータ２９ａと第２駆動素子であるヒータ２９ｂの２つが吐出口の配列方向に配置されているとする。また、他方の列は、一方の列に対してこれらの吐出口の間隔の１／２だけずらして配置されており、２列合わせた吐出口の配列密度はほぼ１２００ｄｐｉとなる。

本実施例では、ヒータ２９は一辺が２４μｍの正方形で、ヒータ２９ａ、２９ｂは、それぞれ１２．５μｍ×２８μｍで、吐出口３７は直径が１４μｍの円形であり、約４ピコリットル（ｐｌ）のインク滴が吐出される。また、インク滴が吐出口３７から吐出され、吐出速度は１０〜１５ｍ／ｓである。なお、吐出口３７の形状として本実施例のような円形以外に、長方形や星形のような形状に設定してもよい。

以下の説明では、図９に示す配列状態の吐出口から約４ｐｌ吐出させた場合を想定し、それらの配列方向両端部にそれぞれ位置する合計４０個の吐出口にヒータ２９ａ、２９ｂの２つのヒータを配置する場合を例に説明を行う。

図１３は、本実施例に係る記録ヘッドにおけるヒータの駆動タイミングを例示的に示す図である。また、図１４は、図１３に示す駆動タイミングにおける記録ヘッドからのインク滴吐出方向を例示的に示す図である。

図１３（ａ）は、ヒータ２９ａ、２９ｂをほぼ同時に駆動し図１４（ａ）のようにインクをまっすぐ吐出させるために用いる駆動パルスを示している。このような駆動パルスを用いることで、２つのヒータ２９ａ、２９ｂは、従来の単一のヒータの場合と同じように振舞う。このような駆動パルスは、記録デューティの低い時に用いられる。

一方、図１３（ｂ）は、ヒータ２９ａ、２９ｂをずらし量（Δｔ）だけ時間をずらして駆動し、図１４（ｂ）のようにインクの吐出方向を正面からずれた方向に吐出させるために用いる駆動パルスを示している。このような駆動パルスは、記録デューティの高い時に用いられる。なお、図１４（ｂ）のように、吐出口の正面方向からずらして吐出されたインク滴は吐出口配列の中央で発生する減圧空気により引き寄せられ、記録媒体に到達したインク滴は最終的に吐出口のほぼ正面方向に修正される。

図１５は、本実施例に係る記録ヘッドを用いベタ画像を記録する場合のインク滴の吐出状態を例示的に示す図である。図１５の左右方向で示される吐出口配列の両端部に位置する吐出口から、吐出口配列中央に向かう方向とは逆の方向に吐出させたインク滴は、吐出口配列中央の減圧空気に引き寄せられる。その結果、記録媒体に対しては所望の位置に記録されることとなることが理解されよう。なお、ここでは説明を簡単にするために、図９に対応して吐出口配列の中央部分１５０３および左右の両端部１５０２，１５０４の３つの領域に分けているが、より細かく領域を分割し、吐出方向の制御を行ってもよい。

＜記録動作時のフロー＞
図１６は、本実施例に係る記録ヘッドを用いた記録動作のフローチャートである。

処理フローはホスト装置などからの画像データの入力をトリガに実行される。なお、前述したように、画像データの処理はＭＰＵ６０１がＲＯＭ６０２に記憶されたプログラムを実行することにより実現され、処理されたデータをもとにＡＳＩＣ６０３は制御信号を生成し記録ヘッド１９の制御を行う。ここでは、記録ヘッド１９の吐出口列の両端部１５０２，１５０４にある吐出口からのインク吐出制御について述べる。なお、ここでは、ＲＯＭ６０２には記録デューティに対応したずらし量Δｔを示すテーブル（以下、吐出タイミングテーブルと呼ぶ）が記憶されているものとする。

ステップＳ１６０１では、ＭＰＵ６０１は、入力された画像データの処理を行う。例えば、ホスト装置などから、黒色（Ｋ），淡シアン色（ＬＣ），淡マゼンタ色（ＬＭ），シアン色（Ｃ），マゼンタ色（Ｍ）および黄色（Ｙ）の各色に対応する画像データを入力し、ＲＡＭ６０４に一時記憶する。なお、以降では説明を簡単にするため黒色（Ｋ）１色についてのみ説明するが、他の色についても同様に処理がなされる。また、図９では吐出口列Ａおよび吐出口列Ｂの２列から構成されているが、吐出口列Ａのみについて着目し説明する。

ステップＳ１６０２では、ＭＰＵ６０１は、記録タイミング（ｔ）における画像形成（つまりインク滴の吐出）における、黒色（Ｋ）インクを吐出する記録ヘッドでの記録デューティを導出する。導出は、ＲＡＭ６０４に記憶された黒色（Ｋ）の画像データを記録ヘッドの記録動作サイクルごとに読み出すことによりなされる。

ステップＳ１６０３では、ＭＰＵ６０１は、ステップＳ１６０２で導出された、記録デューティに対応したずらし量（Δｔ）をＲＯＭ６０２に記憶された吐出タイミングテーブルから読み出し、ＡＳＩＣ６０３に通知する。

ステップＳ１６０４では、ＡＳＩＣ６０３は、記録タイミング（ｔ）における黒色（Ｋ）のラスタデータをＲＡＭ６０４から読み出し、ステップＳ１６０３でＭＰＵ６０１から通知されたずらし量（Δｔ）だけずらしてヒータ２９ａ、２９ｂを駆動する。なお、駆動され記録された記録タイミング（ｔ）における黒色（Ｋ）のラスタデータはＲＡＭ６０４から消去される。

ステップＳ１６０５では、ＭＰＵ６０１は、黒色（Ｋ）のラスタデータがＲＡＭ６０４に存在しているか否かを判断する。存在していない場合は記録すべき画像データは終了したと判断しフローを終了する。存在している場合は、ステップＳ１６０２に戻り、記録タイミング（ｔ＋ΔＴ）での画像データを用いて引き続き処理を行う。

以上詳細に説明したように、吐出口配列の両端部分に吐出口配列方向に配置された複数のヒータを有する構成の記録ヘッドを用いる。そして、記録デューティに従って、駆動パルスの投入タイミングを変化させ、インク吐出方向をずらして、画像形成を行うことにより、従来記録ヘッドの記録走査毎に発生していた白筋などを大幅に低減可能となる。つまり、吐出口配列の両端部分の吐出口から吐出口配列の中央に向かう方向とは逆の方向にずらして吐出される。しかしインク滴は、吐出口配列の中央で発生する減圧空気により引き寄せられ、記録媒体に到達したインク滴は結果的に所望の位置（吐出口正面方向）に修正されることとなる。

なお、本実施例では説明を簡単にするため、吐出口配列の両端部分にある吐出口各々に設けられた２つの駆動素子に投入する駆動パルスの投入タイミングのずれが等しいとして説明を行った。しかし、吐出口配列中央からの距離に応じてそのずれを変化させるように構成してもよい。つまり、両端に近いほど吐出方向の修正量が大きくなるように、両端部に近いほどそのずれが大きくなるよう構成してもよい。

ここでは、実施例１とは、記録ヘッドの吐出口およびヒータの配列状態が異なる記録ヘッドを用いた例について説明する。他の部分については実施例１とほぼ同様であるため詳細な説明は省略する。

＜記録ヘッドの構造＞
図１７は、実施例２に係る記録ヘッドの吐出口およびヒータの配列状態を示す図である。吐出口配列の両端部分に吐出口配列方向に配置された、第１駆動素子であるヒータ２９ｃと第２駆動素子であるヒータ２９ｄの２つを有する点では実施例１と同様であるが、ヒータ２９ｃとヒータ２９ｄの２つの大きさが異なっている。なお、大きさの異なるヒータとして表現しているが、必ずしも物理的に大きさの異なるヒータである必要は無く、発熱量の異なるヒータであれば物理的には同じ大きさであってもよい。

また、実施例１と同様ピエゾ素子などを駆動素子として用いることも可能である。なお、ヘッド基板の外観斜視図（図７）及びヘッド基板の断面構造（図８）については実施例１と同様である。

以上、図１７に示すようにヒータを配置することにより、実施例１におけるずらし量（Δｔ）と同様のずらし量を与えた場合に吐出方向の制御範囲がより広くすることが出来る。なお、図１７に示すように、吐出口配列の中央部分に近いヒータ２９ｃを２９ｄに比較し大きなヒータとすることにより、実施例１に比較し、より小さなずらし量（Δｔ）を与えても実施例１における吐出方向の制御範囲と同程度の制御範囲を実現することが出来る。

ここでは、実施例１、２とは、記録ヘッドの吐出口およびヒータの配列状態が異なる記録ヘッドを用いた例について説明する。他の部分については実施例１とほぼ同様であるため詳細な説明は省略する。

＜記録ヘッドの構造＞
図１８は、実施例３に係る記録ヘッドの吐出口およびヒータの配列状態を示す図である。吐出口配列の両端部分に吐出口配列方向に配置された、第１駆動素子であるヒータ２９ａと第２駆動素子であるヒータ２９ｂの２つを有する点では実施例１と同様であるが、より小さな吐出口を有する吐出口列Ｃ、Ｄを有する点が異なっている。

ここでは、例として吐出口列Ａ〜Ｄのそれぞれの吐出口３７、３８は６００ｄｐｉ（４２.３μｍ）間隔に配置している。また、吐出口列Ｂ、Ｄは、対応する他方の吐出口列Ａ、Ｃに対して配列間隔の１／２だけずらして吐出口３７、３８を配置している。従って吐出口列ＡおよびＢ（または、ＣおよびＤ）を組み合わせた吐出口３７（３８）の配列密度はほぼ１２００ｄｐｉとなる。

ヒータ２９は一辺が２４μｍの正方形で、ヒータ２９ａ、２９ｂは１２μｍ×２８μｍで、吐出口３７は直径が１４μｍの円形であり、約４ピコリットル（ｐｌ）のインク滴が吐出されるよう構成した。一方、ヒータ１２９は一辺が２２μｍの正方形で、ヒータ１２９ａ、１２９ｂは、１１μｍ×２７μｍで、吐出口３８は直径が１２μｍの円形であり、約２ピコリットル（ｐｌ）のインク滴が吐出されよう構成した。なお、吐出速度は双方とも１０〜１５ｍ／ｓである。

以上、図１８に示すように吐出口およびヒータを配置することにより、大きさ（体積）が異なるインク滴を吐出することが可能となり、実施例１に比較し、より高い階調での記録が可能となる。さらに、実施例１と同様、従来は記録ヘッドの記録操作毎に発生していた白筋などを大幅に低減可能となる。

ここでは、実施例１〜３とは、記録ヘッドの吐出口およびヒータの配列状態が異なる記録ヘッドを用いた例について説明する。他の部分については実施例１とほぼ同様であるため詳細な説明は省略する。

＜記録ヘッドの構造＞
図１９は、実施例４に係る記録ヘッドの吐出口およびヒータの配列状態を示す図である。吐出口配列の両端部分に吐出口配列方向に配置された、第１駆動素子であるヒータ２９ａと第２駆動素子であるヒータ２９ｂの２つを有する。この点では実施例１と同様であるが、交互に千鳥配置され、吐出される液滴の体積が異なる吐出口を少なくとも２つ以上有する点が異なっている。

ここでは、例として大きさの異なる２種の吐出口（吐出口３７、吐出口３８）を交互に６００ｄｐｉ（４２.３μｍ）間隔に配置している。なお吐出口列Ａと吐出口列Ｂは、図面左右方向でお互いの吐出口のサイズが反転するよう吐出口３８と吐出口３７を配置している。

ヒータ２９は一辺が２４μｍの正方形で、ヒータ２９ａ、２９ｂは１２μｍ×２８μｍで、吐出口３７は直径が１４μｍの円形であり、約４ピコリットル（ｐｌ）のインク滴が吐出されるよう構成した。一方、ヒータ１２９は一辺が２２μｍの正方形で、ヒータ１２９ａ、１２９ｂは１１μｍ×２７μｍで、吐出口３８は直径が１２μｍの円形で、約２ピコリットル（ｐｌ）のインク滴が吐出されるよう構成した。

以上、図１９に示すように吐出口およびヒータを配置することにより、大きさ（体積）が異なるインク滴を吐出することが可能となる。例えば、大きなインク液滴を使って画素を形成し、記録密度を抑えて高速に画像を記録することもできるし、小さなインク液滴を使って画素を形成し、記録密度を上げて高精細かつ高階調の高品位な画像を記録することもできる。さらに、実施例１と同様、従来は記録ヘッドの記録操作毎に発生していた白筋などを大幅に低減可能となる。

また、ここではインクを吐出するための駆動素子としてヒータを使用し説明を行ったが、例えばピエゾ素子などを他の駆動素子を適用してもよい。さらに、記録ヘッド自体に一体的にインクタンクが設けられたヘッドカートリッジに用いてもよい。

さらに加えて、本発明に係る記録装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の画像出力端末として一体または別体に設けられるものがある。その他、リーダ等と組み合わせた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシミリ装置の形態を取るものであっても良い。

従来の記録ヘッドを用いベタ画像の記録を行う場合のインク滴の吐出状態を示す図である。 キャリッジ走査移動を伴い１パス記録で形成されたベタ画像の模式図である。 本発明の代表的な実施例であるインクジェット記録装置の機構部分の外観斜視図である。 図３に示すインクジェット記録装置に用いられるヘッドカートリッジを分解した状態の外観斜視図である。 図４に示すヘッドカートリッジにおける記録ヘッドの外観斜視図である。 図３に示すインクジェット記録装置の内部機能を示すブロック図である。 図４に示すヘッドカートリッジにおけるヘッド基板の外観斜視図である。 図７に示すヘッド基板の断面構造を示す図である。 実施例１に係る記録ヘッドの吐出口およびヒータの配列状態を示す図である。 従来の記録ヘッドの吐出口の配列状態を示す図である。 従来の記録ヘッドを用いてマルチパス記録で形成されたベタ画像の模式図である。 記録デューティとずれの量との関係の実測値を示す図である。 吐出口におけるヒータの駆動タイミングを例示的に示す図である。 吐出口からのインク滴吐出方向を例示的に示す図である。 実施例１に係る記録ヘッドを用いベタ画像を記録する場合のインク滴の吐出状態を示す図である。 実施例１に係る記録ヘッドを用いた記録動作のフローチャートである。 実施例２に係る記録ヘッドの吐出口およびヒータの配列状態を示す図である。 実施例３に係る記録ヘッドの吐出口およびヒータの配列状態を示す図である。 実施例４に係る記録ヘッドの吐出口およびヒータの配列状態を示す図である。

Claims (12)

1. 第１の方向に配列されたｎ個のインク吐出口と、
   前記ｎ個のインク吐出口の配列両端部にあり、前記ｎ個より少ないｍ個のインク吐出口各々の内部に設けられ、インクを吐出するためのエネルギーを発生する第１駆動素子と、
   前記第１駆動素子が設けられたｍ個のインク吐出口各々の内部に設けられ、インクを吐出するためのエネルギーを発生する第２駆動素子と、
   前記ｎ個のインク吐出口の配列中央部にあり、（ｎ−ｍ）個のインク吐出口各々の内部に設けられ、インクを吐出するためのエネルギーを発生する第３駆動素子とを有し、
   前記ｍ個の第１及び第２駆動素子と前記（ｎ−ｍ）個の第３駆動素子とは前記第１の方向に配列しており、
   前記第１及び第２駆動素子とは、夫々が設けられたインク吐出口の中心よりずれた位置に配置され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の方向に配列されたｎ個のインク吐出口を第１列のインク吐出口列とし、
   前記第１のインク吐出口列に平行に、ｎ個のインク吐出口からなる第２列のインク吐出口列をさらに有し、
   前記第２列のインク吐出口列の両端部にある前記ｍ個のインク吐出口各々の内部には、インクを吐出するためのエネルギーを発生する前記第１及び第２の駆動素子を設け、
   前記第２列のインク吐出口列の中央部にある前記（ｎ−ｍ）個のインク吐出口各々の内部には、インクを吐出するためのエネルギーを発生する第３駆動素子を設け、
   前記第２列のインク吐出口列に属するインク吐出口に設けられた前記ｍ個の第１及び第２駆動素子と前記（ｎ−ｍ）個の第３駆動素子とも前記第１の方向に配列しており、
   前記第２列のインク吐出口列に属するインク吐出口に設けられた第１及び第２駆動素子とも、夫々が設けられたインク吐出口の中心よりずれた位置に配置され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１列のインク吐出口列に属するｎ個のインク吐出口は等間隔で前記第１の方向に配列しており、
   前記第２列のインク吐出口列に属するｎ個のインク吐出口は、前記第１列のインク吐出列に属するインク吐出口が配列されたのと同じ等間隔で前記第１の方向に配列しており、
   前記第１列のインク吐出口列に属するｎ個のインク吐出口の配置位置は、前記第２列のインク吐出口列に属するｎ個のインク吐出口の配置位置から前記等間隔の１／２だけ前記第１の方向にずれてい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。
4. 前記第１及び第２駆動素子はヒータであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
5. 前記第１及び第２駆動素子のヒータの発熱量は異なることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録ヘッド。
6. 前記第１及び第２のインク吐出口列に平行に、夫々がｎ個のインク吐出口からなる第３及び第４列のインク吐出口列をさらに有し、
   前記第３及び４列のインク吐出口列の両端部にある前記ｍ個のインク吐出口各々の内部には、インクを吐出するためのエネルギーを発生する第４及び第５の駆動素子を設け、
   前記第３及び４列のインク吐出口列の中央部にある前記（ｎ−ｍ）個のインク吐出口各々の内部には、インクを吐出するためのエネルギーを発生する第６駆動素子を設け、
   前記第３及び４列のインク吐出口列に属するインク吐出口に設けられた前記ｍ個の第４及び第５駆動素子と前記（ｎ−ｍ）個の第６駆動素子とも前記第１の方向に配列しており、
   前記第３及び４列のインク吐出口列に属するインク吐出口に設けられた第４及び第５駆動素子とも、夫々が設けられたインク吐出口の中心よりずれた位置に配置されることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
7. 前記第１及び２列のインク吐出口列に属するインク吐出口からのインク吐出量は、前記第３及び４列のインク吐出口列に属するインク吐出口からのインク吐出量とは異なることを特徴とする請求項６に記載のインクジェット記録ヘッド。
8. 少なくとも前記第１列のインク吐出口列のｎ個のインク吐出口は、交互に径の異なるインク吐出口から構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェット記録ヘッド。
9. 請求項１乃至８何れか１項に記載のインクジェット記録ヘッドを用いたヘッドカートリッジ。
10. 請求項１乃至８何れか１項に記載のインクジェット記録ヘッドを走査して記録媒体に記録を行う記録装置であって、
    前記記録媒体を搬送する搬送手段と、
    前記第１の方向が前記記録媒体の搬送方向となるように前記インクジェット記録ヘッドを搭載するキャリッジと、
    前記キャリッジを前記搬送方向とは異なる方向に走査する走査手段と、
    前記第１駆動素子と前記第２駆動素子とを駆動するタイミングを制御する制御手段と、
    を有し、
    前記制御手段により前記第１駆動素子と前記第２駆動素子とを駆動するタイミングをずらすことにより、前記インク吐出口列の両端部にあるインク吐出口から吐出されるインク液滴の吐出方向を制御することを特徴とする記録装置。
11. 記録に用いる記録データから得られる記録デューティに従い、前記第１駆動素子と前記第２駆動素子とを駆動するタイミングを決定する決定手段をさらに有することを特徴とする請求項１０に記載の記録装置。
12. 請求項１乃至８何れか１項に記載のインクジェット記録ヘッドを走査して記録媒体に記録を行う際の記録制御方法であって、
    前記記録媒体を搬送する搬送工程と、
    前記第１の方向が前記記録媒体の搬送方向となるように前記インクジェット記録ヘッドをキャリッジに搭載して、該キャリッジを前記搬送方向とは異なる方向に走査する走査工程と、
    前記走査工程における前記インクジェット記録ヘッドの走査記録中に、前記第１駆動素子と前記第２駆動素子とを駆動するタイミングを制御する制御工程と、
    を有し、
    前記制御工程において前記第１駆動素子と前記第２駆動素子とを駆動するタイミングをずらすことにより、前記インク吐出口列の両端部にあるインク吐出口から吐出されるインク液滴の吐出方向を制御することを特徴とする記録制御方法。

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