JP2007223146A - 液体吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大きな液滴を吐出する大ノズルと小さな液滴を吐出する小ノズルを有する液体吐出ヘッドにおいて増粘インクを効率的に除去することが可能な液体吐出ヘッド及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】 インク吐出量の異なる大液滴を吐出する大ノズルと、前記大ノズルのノズル径よりも小さなノズル径の小液滴を吐出する小ノズルとを有し、各々の前記ノズル対し対向して設けられ、前記ノズルのインク吐出量に対応して、発熱素子にインクを供給するための個別流路内のインクに対して熱エネルギーを作用させることによって、インクを吐出するための気泡を発生させる発熱素子と、前記大ノズルと大ノズルに対応して設けられた前記発熱素子との間に、インク液室を設けたことを特徴とする液体吐出ヘッドを提供することにより上記課題を解決する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、液体吐出ヘッド及び前記液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置に関するものであり、特に、高精細画像形成可能な液体吐出ヘッドのインクの安定化に関する。

従来からある画像形成装置として、多数の液体吐出ノズルを配置させたインクジェットプリンタヘッド（液体吐出ヘッド）を有し、このインクジェットヘッドと記録媒体とを相対的に移動させながら、ノズルから記録媒体に向けてインク（液体）を吐出することにより記録媒体上に画像を記録するインクジェットプリンタ（インクジェット記録装置）が知られている。

このインクジェットプリンタのインクジェットヘッドとしては、圧電素子を用いインクを吐出するものや、発熱素子により気泡を発生させてインクを吐出するもの等がある。

たとえば、発熱素子により気泡を発生させてインクを吐出するタイプのものでは、インクジェットヘッドはヒーターにエネルギーを与えて気泡を発生させ、その気泡の圧力によりインク滴を吐出し、記録媒体に記録を行うものであり、動作の静粛性等の特徴を有している。

このようなインクジェットプリンタでは、高精細化のため階調記録がなされている。具体的には、インクの吐出量を制御することにより、階調記録を行っているが、特に発熱素子による方式においては、同一構造のノズルによる制御だけでは十分ではなく、大きな液滴を適当な吐出速度で飛翔させることを基準とすると、小さな液滴の飛翔速度は低くなり吐出方向が不安定となり、画像が安定しにくくなる。逆に、小さな液滴を適正な吐出速度で飛翔させることを基準とすると、大きな液滴の飛翔速度が著しく上がり、記録媒体への着弾時にいわゆる飛び跳ねが起きて画像が汚くなりやすくなる。

このため特許文献１に記載されているように、大きな液滴を吐出するノズルと小さな液滴を吐出するノズルとを設け、これらから吐出される液滴を組み合わせることにより高精細な画像を得る方法がある。具体的には、大きな液滴を吐出するノズルと小さな液滴を吐出するノズルの各々のノズル径やヒーターの大きさ等を変えることにより、それぞれの液滴の大きさに応じて、最適となる吐出条件で各々の液滴を吐出し、安定的に高精細な画像を提供するものである。
特開平９−２５４４１３号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている発明のように、大きな液滴（大液滴）を吐出するノズルと小さな液滴（小液滴）を吐出するノズルとを設けた場合、各々のノズルの使用頻度の違いにより新たな問題点が生じる。

具体的には、画像の階調記録を面積階調により行う場合、階調表現性を高めるために、小さな液滴を主体的に用いている。特に、画像の色調の変化が著しい領域においては、小さな液滴が多く用いられる。一方、画像の色調が濃く、色調の変化の殆どない領域、即ち、濃い単一色の面積が大きな領域においては、吐出回数や消費電力の軽減、印刷の高速化という観点から、大きな液滴を主体的に用いている。

このように、大きな液滴を吐出するノズルと小さな液滴を吐出するノズルとを使い分けた場合、大きな液滴を吐出するノズルは、印刷対象となる画像のうち、画像の色調が濃く、色調の変化の殆どない領域、即ち、濃い単一色の面積が大きな領域にのみ用いられることとなる。このため一般的な高精細な画像では、大きな液滴を吐出するノズルよりも小さな液滴を吐出するノズルの方が使用頻度は高くなる傾向にある。ノズル内のインクは長時間使用しないと、インクに含まれる溶媒が揮発し、インクの粘度が高くなる。よって、このように大きな液滴を吐出するノズルと小さな液滴を吐出するノズルとの間で使用頻度に相違が生じると、使用頻度の低いノズル、即ち、大きな液滴を吐出するノズル近傍のインクの粘度が、小さな液滴を吐出するノズル近傍のインクの粘度よりも高くなってしまう。

このことを具体的に図１１に基づき説明する。図１１は発熱素子（ヒーター）の発熱により気泡を発生させて小さな液滴を吐出するノズル及び大きな液滴を吐出するノズルからインクを吐出する液体吐出ヘッドの断面図である。

ノズルプレート９０に小さな液滴を吐出するノズル（小ノズル）９１、大きな液滴を吐出するノズル（大ノズル）９２が設けられ、インク流路９３を介し、小ノズル９１、大ノズル９２に対向して各々のノズルに対応するヒーター９５、９６が設けられている。画像形成装置の使用の際は小ノズル９１の使用頻度が高く、インク流路９３から常にインクが流入しているため、小さな液滴を吐出するノズル９１内のインクの粘度は高くなることはない。これに対し、大ノズル９２は、使用頻度があまり高くないため、一度インク流路９３から流入したインクは、長時間留まっている。このため大ノズル９２近傍のインクが次第に増粘し、増粘したインクの領域９４は、図の矢印に示すように大ノズル９２内とその近傍からインク流路９３内へと広がっていく。

ノズル内のインクが増粘した場合、後述する吸引動作を行う必要があるが、大ノズル９２から増粘したインクの領域９４がインク流路９３内に広がると、この増粘したインク９４を除去するための吸引動作の際、多くのインクを吸引する必要があり無駄なインクが多くなってしまう。

また、吸引動作は、大ノズル９２も小ノズル９１も共通の吸引キャップにより同じ吸引力で吸引される。よって大ノズル９２と小ノズル９１との口径が異なると、大ノズル９２の方が流路抵抗は小さくなるため、大ノズル９２から吸引されるインクの量が多くなり、インクの無駄が生じる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、大きな液滴を吐出するノズル（大ノズル）と小さな液滴を吐出するノズル（小ノズル）を有する液体吐出ヘッドにおいて、増粘したインクを吸引する際、できるだけインクの無駄のない液体吐出ヘッドの構造を提供することを目的とするものである。

請求項１に記載の発明は、インク吐出量の異なる大液滴を吐出する大ノズルと、前記大ノズルのノズル径よりも小さなノズル径の小液滴を吐出する小ノズルとを有し、各々の前記ノズル対し対向して設けられ、前記ノズルのインク吐出量に対応して、発熱素子にインクを供給するための個別流路内のインクに対して熱エネルギーを作用させることによって、インクを吐出するための気泡を発生させる発熱素子と、前記大ノズルと大ノズルに対応して設けられた前記発熱素子との間に、インク液室を設けたことを特徴とする液体吐出ヘッドである。

これにより、吸引動作におけるインク消費の無駄が軽減することができる。

請求項２に記載の発明は、前記小ノズルと小ノズルに対応して設けられた前記発熱素子との間に、インク液室を設けたことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドである。

これにより、大ノズル及び小ノズルの周辺形状を略相似とすることで、大液滴と小液滴の飛翔形状が揃い、所望の画像を得ることができる。

請求項３に記載の発明は、前記大ノズルと前記小ノズルは、同一の前記個別流路内に、各々設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッドである。

請求項４に記載の発明は、前記個別流路内に設けられた前記小ノズルは、前記大ノズルよりも、前記個別流路のうち複数の前記個別流路に対してインクを供給する共通流路に近接していることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッドである。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置である。

これにより、ランニングコスストの軽減、インク交換等のメンテナンスの頻度を軽減することができる。

本発明によれば、大きな液滴を吐出するノズル（大ノズル）と小さな液滴を吐出するノズル（小ノズル）を有する液体吐出ヘッドにおいて、増粘したインクを吸引する際、大ノズルと小ノズルの吸引量のバランスを保持し、インクの無駄を少なくすることができる。また、この液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置のランニングコストを低下させ、インクカートリッジ交換等のメンテナンスの頻度を抑えることができる。

以下、本発明の第１の実施の形態に係る液体吐出ヘッドについて図１、図２に基づき説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る液体吐出ヘッドのノズルプレートを外した状態の上面図である。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの断面図である（液体吐出ヘッドを図１の線２Ａ−２Ｂに沿って垂直に切断した断面図）。

第１の実施の形態に係る液体吐出ヘッドは、図２に示すように、ノズルプレート１０に小さな液滴（小液滴）を吐出するノズル（大ノズル）１１と大きな液滴（大液滴）を吐出するノズル（小ノズル）１２とが設けられている。インク流路は個別流路１３と共通流路２３からなる。小ノズル１１に対応するヒーター１４と、大ノズル１２に対応するヒーター１５は、インク流路の一つである個別流路１３を介し対向して基板２１上に設けられており、ヒーター１４、１５上には保護層２０が設けられている。大ノズル１２とこれに対応するヒーター１５の間には、個別流路１３を介し、インク液室である大ノズル液室１８が設けられ、同様に、小ノズル１１とこれに対応するヒーター１４の間には、個別流路１３を介し、インク液室である小ノズル液室１７が設けられている。大ノズル液室１８、小ノズル液室１７は、ノズル液室プレート１６に溝等を設けることにより形成される。個別流路１３は、個別流路プレート１９により形成されており、インク流路の一つである共通流路２３と接続されて不図示のインクタンクからインクが供給される。また、図１に示すように、各々の個別流路１３は個別流路プレート１９により形成された隔壁２２により形成されており、液体吐出ヘッドの全体も個別流路プレート１９により形成された隔壁２２で囲まれており、一つの個別流路１３には、小ノズル１１に対応するヒーター１４、大ノズル１２に対応するヒーター１５が各々設けられている。

本発明に係る液体吐出ヘッドでは、インクが共通流路２３から個別流路１３に供給され、個別流路１３に供給されたインクが、後述する画像形成装置の制御系からの情報に基づき、小ノズル１１と大ノズル１２より吐出される。

大ノズル１２は使用頻度が低いため、大ノズル１２よりインクの増粘が始まるが、大ノズル液室１８が設けられているため、インクの増粘は、大ノズル液室１８に広がった後でなければ、個別流路１３に広がることは殆どない。

よって、インクが増粘した場合後述する吸引動作を行う必要があるが、増粘したインクを除去する吸引動作の際には、大ノズル１２と大ノズル液室１８に溜まっているインクの吸引を行えばよく、個別流路１３内のインクの吸引まではする必要がないため、吸引動作におけるインクの消費は従来に比べて少なくなる。

また、吸引はインクが増粘した場合に行われるが、先に記載したように一般に大ノズル１２の方が使用頻度は低いため、大ノズル１２のインクは小ノズル１１のインクよりも増粘している場合が多い。大ノズル１２は、ノズル径も広く、また、小ノズル液室１７よりも大ノズル液室１８の占める容積も大きいことから、幾何学的な流路抵抗は大ノズル１２の方が低い。従って、大ノズル１２では、インクの増粘により、インクの粘度が高くなりインクが流れる際の抵抗は増すが、幾何学的な流路抵抗は小さくなり、小ノズル１１では、インクの増粘によるインクが流れる際の抵抗は低いが、幾何学的な流路抵抗は大きくなるため、吸引動作の際に吸引されるインクは、一方のノズルのインクのみ過大に吸引されることはなく、大ノズル１２、小ノズル１１ともにバランスよく吸引される。さらに、大ノズルの増粘したインクは大ノズル１８内に溜まっているので、吸引動作によるインクの全体の消費量は少なくなる。小ノズル１１は使用頻度が高く増粘する傾向は小さいので、必ずしも小ノズル液室１７を設けなくとも良い。しかし、小ノズル液室１７を設けることで、大ノズルと小ノズル周辺の形状が略相似となり、大ノズルと小ノズルの飛翔液滴形状（サテライト等）を揃えることが可能となる。

（実施例）
以下、本実施の形態に係る液体吐出ヘッドの実施例について図１、図２に基づき説明する。

本実施例の液体吐出ヘッドは、小ノズル１１のノズル径は、２０．３μｍ、大ノズル１２のノズル径は、２８．２μｍ、小ノズル１１に対向するヒーター１４は、一辺が２３μｍの略正方形であり、大ノズル１２に対向するヒーター１５は、一辺が３１μｍの略正方形である。

小ノズル１１、大ノズル１２のノズルの長さ、即ち、ノズルプレート１０の厚さは、７μｍであり、小ノズル液室１７、大ノズル液室１８の高さ、即ち、ノズル液室プレート１６の厚さは、５μｍであり、個別流路１３の高さ、即ち、個別流路プレート１９の厚さは、８μｍである。

また、図１に示すノズルピッチＰｔは、８４．６μｍであり、このノズルピッチは３００ＤＰＩに相当する。

図３は、本発明に係るインクジェットヘッド（液体吐出ヘッド）を備えた画像形成装置としてのインクジェット記録装置の概略を示す全体構成図である。

図３に示すように、このインクジェット記録装置１１０は、インクの色毎に設けられた複数の印字ヘッド（液体吐出ヘッド）１１２Ｋ、１１２Ｃ、１１２Ｍ、１１２Ｙを有する印字部１１２と、各印字ヘッド１１２Ｋ、１１２Ｃ、１１２Ｍ、１１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１１４と、記録紙１１６を供給する給紙部１１８と、記録紙１１６のカールを除去するデカール処理部１２０と、前記印字部１１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１１６の平面性を保持しながら記録紙１１６を搬送するベルト搬送部１２２と、印字部１１２による印字結果を読み取る印字検出部１２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排出する排紙部１２６とを備えている。

各印字ヘッド（液体吐出ヘッド）１１２Ｋ、１１２Ｃ、１１２Ｍ、１１２Ｙは、図１及び図２において説明した小ノズル１１と大ノズル１２を各々有している。

図３では、給紙部１１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。

ロール紙を使用する装置構成の場合、図３のように、裁断用のカッター１２８が設けられており、前記カッター１２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター１２８は、記録紙１１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃と、前記固定刃に沿って移動する丸刃とから構成されており、印字裏面側に固定刃が設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃が配置されている。なお、カット紙を使用する場合には、カッター１２８は不要である。

複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコードあるいは無線タグ等の情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。

給紙部１１８から送り出される記録紙１１６はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部１２０においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム１３０で記録紙１１６に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。

デカール処理後、カットされた記録紙１１６は、ベルト搬送部１２２へと送られる。ベルト搬送部１２２は、ローラー１３１、１３２間に無端状のベルト１３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１１２のノズル面及び印字検出部１２４のセンサ面に対向する部分が平面（フラット面）をなすように構成されている。

ベルト搬送部１２２は、特に限定されるものではなく、ベルト面に設けられた吸引孔より空気を吸引して負圧により記録紙１１６をベルト１３３に吸着させて搬送する真空吸着搬送でもよいし、静電吸着による方法でもよい。

ベルト１３３は、記録紙１１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、上に述べた真空吸着搬送の場合には、ベルト面には図示を省略した多数の吸引孔が形成されている。図３に示したとおり、ローラー１３１、１３２間に掛け渡されたベルト１３３の内側において印字部１１２のノズル面及び印字検出部１２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバー１３４が設けられており、この吸着チャンバー１３４をファン１３５で吸引して負圧にすることによってベルト１３３上の記録紙１１６が吸着保持される。

ベルト１３３が巻かれているローラー１３１、１３２の少なくとも一方にモータ（図示省略）の動力が伝達されることにより、ベルト１３３は図３において、時計回り方向に駆動され、ベルト１３３上に保持された記録紙１１６は、図３の左から右へと搬送される。

縁無しプリント等を印字するとベルト１３３上にもインクが付着するので、ベルト１３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部１３６が設けられている。ベルト清掃部１３６の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、あるいはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラー線速度を変えると清掃効果が大きい。

なお、ベルト搬送部１２２に代えて、ローラー・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラー・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面にローラーが接触するので、画像が滲み易いという問題がある。したがって、本例のように、印字領域では画像面と接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。

ベルト搬送部１２２により形成される用紙搬送路上において印字部１１２の上流側には、加熱ファン１４０が設けられている。加熱ファン１４０は、印字前の記録紙１１６に加熱空気を吹きつけ、記録紙１１６を加熱する。印字直前に記録紙１１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。

図４は、インクジェット記録装置１１０の印字部１１２周辺を示す要部平面図である。

図４に示すように、印字部１１２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている。

各印字ヘッド１１２Ｋ、１１２Ｃ、１１２Ｍ、１１２Ｙは、本インクジェット記録装置１１０が対象とする最大サイズの記録紙１１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。

記録紙１１６の搬送方向（紙搬送方向）に沿って上流側（図４の左側）から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応した印字ヘッド１１２Ｋ、１１２Ｃ、１１２Ｍ、１１２Ｙが配置されている。記録紙１１６を搬送しつつ各印字ヘッド１１２Ｋ、１１２Ｃ、１１２Ｍ、１１２Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙１１６上にカラー画像を形成し得る。

このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドがインク色毎に設けられてなる印字部１１２によれば、紙搬送方向（副走査方向）について記録紙１１６と印字部１１２を相対的に移動させる動作を一回行うだけで（すなわち、一回の副走査で）記録紙１１６の全面に画像を記録することができる。これにより、印字ヘッドが紙搬送方向と直交する方向（主走査方向）に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。

なお、ここで主走査方向及び副走査方向とは、次に言うような意味で用いている。すなわち、記録紙の全幅に対応したノズル列を有するフルラインヘッドで、ノズルを駆動する時、（１）全ノズルを同時に駆動するか、（２）ノズルを片方から他方に向かって順次駆動するか、（３）ノズルをブロックに分割して、ブロックごとに片方から他方に向かって順次駆動するか、等のいずれかのノズルの駆動が行われ、用紙の幅方向（記録紙の搬送方向と直交する方向）に１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）の印字をするようなノズルの駆動を主走査と定義する。そして、この主走査によって記録される１ライン（帯状領域の長手方向）の示す方向を主走査方向という。

一方、上述したフルラインヘッドと記録紙とを相対移動することによって、上述した主走査で形成された１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）の印字を繰り返し行うことを副走査と定義する。そして、副走査を行う方向を副走査方向という。結局、記録紙の搬送方向が副走査方向であり、それに直交する方向が主走査方向ということになる。

また本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態には限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ等のライト系インクを吐出する印字ヘッドを追加する構成も可能である。

図３に示したように、インク貯蔵／装填部１１４は、各印字ヘッド１１２Ｋ、１１２Ｃ、１１２Ｍ、１１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは図示を省略した管路を介して各印字ヘッド１１２Ｋ、１１２Ｃ、１１２Ｍ、１１２Ｙと連通されている。また、インク貯蔵／装填部１１４は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段（表示手段、警告音発生手段等）を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。

印字検出部１２４は、印字部１１２の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ（ラインセンサ等）を含み、前記イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。

本例の印字検出部１２４は、少なくとも各印字ヘッド１１２Ｋ、１１２Ｃ、１１２Ｍ、１１２Ｙによるインク吐出幅（画像記録幅）よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤（Ｒ）の色フィルタが設けられた光電変換素子（画素）がライン状に配列されたＲセンサ列と、緑（Ｇ）の色フィルタが設けられたＧセンサ列と、青（Ｂ）の色フィルタが設けられたＢセンサ列とからなる色分解ラインＣＣＤセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が２次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。

印字検出部１２４は、各色の印字ヘッド１１２Ｋ、１１２Ｃ、１１２Ｍ、１１２Ｙにより印字されたテストパターンを読み取り、各ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定等で構成される。

印字検出部１２４の後段には、後乾燥部１４２が設けられている。後乾燥部１４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹きつける方式が好ましい。

多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぎ画像の耐候性がアップする効果がある。

後乾燥部１４２の後段には、加熱・加圧部１４４が設けられている。加熱・加圧部１４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラー１４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。

このようにして生成されたプリント物は、排紙部１２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部１２６Ａ、１２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える選別手段（図示省略）が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）１４８によってテスト印字の部分を切り離す。カッター１４８は、排紙部１２６の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に、本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター１４８の構造は前述した第１のカッター１２８と同様であり、固定刃と丸刃とから構成されている。

また、図示を省略したが、本画像の排出部１２６Ａには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられている。

図５は、インクジェット記録装置１１０におけるインク供給系の構成を示した概要図である。インクタンク１６０は印字ヘッド１５０にインクを供給するための基タンクであり、図３で説明したインク貯蔵／装填部１１４に設置される。インクタンク１６０の形態には、インク残量が少なくなった場合に、補充口（図示省略）からインクを補充する方式と、タンクごと交換するカートリッジ方式とがある。使用用途に応じてインク種類を替える場合には、カートリッジ方式が適している。この場合、インクの種類情報をバーコード等で識別して、インク種類に応じて吐出制御を行うことが好ましい。なお、図５のインクタンク１６０は、先に記載した図３のインク貯蔵／装填部１１４と等価のものである。

図５に示すように、インクタンク１６０と印字ヘッド１５０を繋ぐ管路の中間には、異物や気泡を除去するためにフィルタ１６２が設けられている。フィルタ・メッシュサイズは印字ヘッド１５０のノズル径と同等若しくはノズル径以下（一般的には、２０μｍ程度）とすることが好ましい。

なお、図には示さないが、印字ヘッド１５０の近傍又は印字ヘッド１５０と一体にサブタンクを設ける構成も好ましい。サブタンクは、ヘッドの内圧変動を防止するダンパー効果及びリフィルを改善する機能を有する。

また、インクジェット記録装置１１０には、ノズルの乾燥防止又はノズル近傍のインク粘度上昇を防止するための手段としてのキャップ１６４と、ノズル面１５０Ａの清掃手段としてのクリーニングブレード１６６とが設けられている。

これらキャップ１６４及びクリーニングブレード１６６を含むメンテナンスユニットは、図示を省略した移動機構によって印字ヘッド１５０に対して相対移動可能であり、必要に応じて所定の退避位置から印字ヘッド１５０下方のメンテナンス位置に移動されるようになっている。

キャップ１６４は、図示しない昇降機構によって印字ヘッド１５０に対して相対的に昇降変位される。昇降機構は、電源ＯＦＦ時や印刷待機時にキャップ１６４を所定の上昇位置まで上昇させ、印字ヘッド１５０に密着させることにより、ノズル面１５０Ａのノズル領域をキャップ１６４で覆うようになっている。

クリーニングブレード１６６は、ゴムなどの弾性部材で構成されており、図示を省略したブレード移動機構により印字ヘッド１５０のインク吐出面（ノズル面１５０Ａ）に摺動可能である。ノズル面１５０Ａにインク液滴又は異物が付着した場合、クリーニングブレード１６６をノズル面１５０Ａに摺動させることでノズル面１５０Ａを拭き取り、ノズル面１５０Ａを清浄化するようになっている。

印字中又は待機中において、特定のノズルの使用頻度が低くなり、そのノズル近傍のインク粘度が上昇した場合、粘度が上昇して劣化したインクを排出すべく、キャップ１６４に向かって予備吐出が行われる。

また、印字ヘッド１５０内のインクが増粘した場合、印字ヘッド１５０にキャップ１６４を当て、吸引ポンプ１６７で圧力室１５２内の増粘したインクを吸引により除去し、吸引除去したインクを回収タンク１６８へ送液する。この吸引動作は、初期のインクのヘッドへの装填時、或いは長時間の停止後の使用開始時にも行われ、粘度が上昇して固化した劣化インクが吸い出され除去される。

すなわち、印字ヘッド１５０は、ある時間以上吐出しない状態が続くと、ノズル近傍のインク溶媒が蒸発してノズル近傍のインクの粘度が高くなってしまい、発熱素子（ヒーター）の発熱により気泡を発生させてもノズルからインクが吐出しなくなる。したがって、この様な状態になる手前で、粘度が上昇したノズル近傍のインクを吐出させる「予備吐出」が行われる。また、ノズル面１５０Ａの清掃手段として設けられているクリーニングブレード１６６等のワイパーによってノズル面１５０Ａの汚れを清掃した後に、このワイパー摺擦動作によってノズル内に異物が混入するのを防止するためにも予備吐出が行われる。なお、予備吐出は、「空吐出」、「パージ」、「唾吐き」などと呼ばれる場合もある。

また、ノズル内のインクの粘度上昇があるレベルを超えたりすると、上記予備吐出ではインクを吐出できなくなるため、以下に述べる吸引動作を行う。

すなわち、ノズル内のインク粘度があるレベル以上に上昇した場合には、発熱素子を発熱させ気泡を発生させてもノズルからインクを吐出できなくなる。このような場合、印字ヘッド１５０のノズル面１５０Ａに、キャップ１６４を当てて増粘インクをポンプ１６７で吸引する動作が行われる。このように、図１に示す複数の大ノズルと小ノズルとが配列されたヘッドに対して、１個のキャップ１６４により吸引される。

ただし、上記の吸引動作は、圧力室１５２内のインク全体に対して行われるためインク消費量が大きい。本発明では、小ノズル１１、大ノズル１２の手前に、小ノズル液室１７、大ノズル液室１８を設けることにより、大ノズルと小ノズルの吸引量のバランスを保持するとともに、吸引動作によるインクの消費量を削減することができる。なお、図５で説明したキャップ１６４は、吸引手段として機能するとともに、予備吐出のインク受けとしても機能し得る。

また、好ましくは、キャップ１６４の内側が仕切壁によってノズル列に対応した複数のエリアに分割されており、これら仕切られた各エリアをセレクタ等によって選択的に吸引できる構成とする。

図６はインクジェット記録装置１１０のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置１１０は、通信インターフェース１７０、システムコントローラ１７２、メモリ１７４、モータドライバ１７６、ヒータードライバ１７８、プリント制御部１８０、画像バッファメモリ１８２、ヘッドドライバ１８４等を備えている。

通信インターフェース１７０は、ホストコンピュータ１８６から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース１７０にはＵＳＢ（Universal serial bus）、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット（登録商標）、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ（不図示）を搭載してもよい。ホストコンピュータ１８６から送出された画像データは通信インターフェース１７０を介してインクジェット記録装置１１０に取り込まれ、一旦メモリ１７４に記憶される。メモリ１７４は、通信インターフェース１７０を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ１７２を通じてデータの読み書きが行われる。メモリ１７４は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。

システムコントローラ１７２は、通信インターフェース１７０、メモリ１７４、モータドライバ１７６、ヒータードライバ１７８等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ１７２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ１８６との間の通信制御、メモリ１７４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ１８８やヒーター１８９を制御する制御信号を生成する。

モータドライバ１７６は、システムコントローラ１７２からの指示にしたがってモータ１８８を駆動するドライバ（駆動回路）である。ヒータードライバ１７８は、システムコントローラ１７２からの指示にしたがって後乾燥部１４２（図３に図示）等のヒーター１８９を駆動するドライバである。

プリント制御部１８０は、システムコントローラ１７２の制御に従い、メモリ１７４内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字制御信号をヘッドドライバ１８４に供給する制御部である。プリント制御部１８０において所要の信号処理が施され、前記画像データに基づいてヘッドドライバ１８４を介してヘッド１５０のインク液滴の吐出量や吐出タイミングの制御（打滴制御）が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。

プリント制御部１８０には画像バッファメモリ１８２が備えられており、プリント制御部１８０における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ１８２に一時的に格納される。なお、図において画像バッファメモリ１８２はプリント制御部１８０に付随する態様で示されているが、メモリ１７４と兼用することも可能である。また、プリント制御部１８０とシステムコントローラ１７２とを統合して１つのプロセッサで構成する態様も可能である。

ヘッドドライバ１８４はプリント制御部１８０から与えられる印字データに基づいて各色のヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙの圧電素子を駆動する。ヘッドドライバ１８４にはヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。

プログラム格納部１９０には各種制御プログラムが格納されており、システムコントローラ１７２の指令に応じて、制御プログラムが読み出され、実行される。プログラム格納部１９０はＲＯＭやＥＥＰＲＯＭなどの半導体メモリを用いてもよいし、磁気ディスクなどを用いてもよい。また、外部インターフェースを備え、メモリカードやＰＣカードを用いてもよい。もちろん、これらのものを複数備えてもよい。なお、プログラム格納部１９０は動作パラメータ等の記憶手段（不図示）と兼用してもよい。

印字検出部１２４は、図３で説明したように、ラインセンサを含むブロックであり、記録紙１１６に印字された画像を読み取り、所要の信号処理などを行って印字状況（吐出の有無、打滴のばらつきなど）を検出し、その検出結果をプリント制御部１８０に提供する。プリント制御部１８０は、必要に応じて印字検出部１２４から得られる情報に基づいてヘッド１５０に対する各種補正を行う。

なお、システムコントローラ１７２及びプリント制御部１８０は、１つのプロセッサから構成されていてもよいし、システムコントローラ１７２とモータドライバ１７６及びヒータードライバ１７８とを一体に構成したデバイスや、プリント制御部１８０とヘッドドライバとを一体に構成したデバイスを用いてもよい。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る液体吐出ヘッドについて図７、図８に基づき説明する。

図７は、本発明の第２の実施の形態に係る液体吐出ヘッドのノズルプレート３０を外したときの上面図である。図８は、本発明の第２の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの断面図である（液体吐出ヘッドを図７の線８Ａ−８Ｂに沿って垂直に切断した断面図）。

第２の実施の形態に係る液体吐出ヘッドは、図８に示すように、ノズルプレート３０に小さな液滴を吐出するノズル（小ノズル）３１と大きな液滴を吐出するノズル（大ノズル）３２とが左右対称に設けられている。インク流路は個別流路３３と共通流路４３からなる。小ノズル３１に対応するヒーター３４と、大ノズル３２に対応するヒーター３５は、インク流路の一つである個別流路３３を介し対向して基板４１上に設けられており、ヒーター３４、３５上には保護層４０が形成されている。大ノズル３２とこれに対応するヒーター３５の間には、個別流路３３を介し、インク液室である大ノズル液室３８が設けられ、同様に、小ノズル３１とこれに対応するヒーター３４の間には、個別流路３３を介し、インク液室である小ノズル液室３７が設けられている。大ノズル液室３８、小ノズル液室３７は、ノズル液室プレート３６に穴等を設けることにより形成される。個別流路３３は、個別流路プレート３９により形成されており、インク流路の一つである共通流路４３と接続されて不図示のインクタンクからインクが供給される。また、図７に示すように、各々の個別流路３３は個別流路プレート３９により形成された隔壁４２により形成されており、液体吐出ヘッドの全体も個別流路プレート３９により形成された隔壁４２で囲まれている。各々の個別流路３３には、小ノズル３１に対応するヒーター３４或いは大ノズル３２に対応するヒーター３５が設けられている。

本発明に係る液体吐出ヘッドでは、インクが共通流路４３から個別流路３３に供給され、個別流路３３に供給されたインクは、画像形成装置の制御系からの情報に基づき、小ノズル３１と大ノズル３２より吐出される。

大ノズル３２は使用頻度が低いため、大ノズル３２よりインクの増粘が始まるが、大ノズル液室３８が設けられているため、インクの増粘は、大ノズル液室３８に広がった後でなければ、個別流路３３に広がることは殆どない。

よって、増粘したインクを除去する吸引動作の際には、大ノズル３２と大ノズル液室３８に溜まっているインクの吸引を行えばよく、個別流路３３内のインクの吸引まではする必要がないため、吸引動作におけるインクの消費は従来に比べて少なくなる。

また、吸引はインクが増粘した場合に行われるが、先に記載したように一般に大ノズル３２の方が使用頻度は低いため、大ノズル３２のインクは小ノズル３１のインクよりも増粘している場合が多い。大ノズル３２は、ノズル径も広く、また、小ノズル液室３７よりも大ノズル液室３８の占める容積も大きいことから、幾何学的な流路抵抗は大ノズル３２の方が低い。従って、大ノズル３２では、インクの増粘により、インクの粘度が高くなるためインクが流れる際の抵抗は増すが、幾何学的な流路抵抗は小さくなり、小ノズル３１では、インクの増粘によるインクが流れる際の抵抗は低いが、幾何学的な流路抵抗は大きくなるため、吸引動作の際に吸引されるインクは、一方のノズルのインクのみ過大に吸引されることはなく、大ノズル３２、小ノズル３１ともにバランスよく吸引される。さらに、大ノズル３２の増粘したインクは、大ノズル液室３８に溜まっているので、吸引動作による全体のインクの消費量は少なくなる。

また、図８では、小ノズル３１と大ノズル３２とが、走査方向に平行に配置したものであるが、制御系との関係から、図９に示すように、隔壁４２により形成された共通流路４３に連通する個別流路３３内に、小ノズル３１と大ノズル３２とが千鳥状に配置されるよう、小ノズル３１に対応するヒーター３４と大ノズル３２に対応するヒーター３５を設けてもよい。

次に、本発明の第３の実施の形態に係る液体吐出ヘッドについて図１０に基づき説明する。

図１０は、本発明の第３の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの断面図である。

第３の実施の形態に係る液体吐出ヘッドは、図１０に示すようにノズルプレート５０に小ノズル５１と大ノズル５２とが設けられている。インク流路は、個別流路５３と共通流路６３からなる。小ノズル５１に対応するヒーター５４と、大ノズル５２に対応するヒーター５５は、インク流路の一つである個別流路５３を介し対向して基板６１上に設けられており、ヒーター５４、５５上には保護層６０が形成されている。大ノズル５２とこれに対応するヒーター５５の間には、個別流路５３を介し、インク液室である大ノズル液室５８が設けられている。個別流路５３は、インク流路の一つである共通流路６３と接続されて不図示のインクタンクからインクが供給される。

本発明に係る液体吐出ヘッドでは、インクが共通流路６３から個別流路５３に供給され、個別流路５３に供給されたインクは、画像形成装置の制御系からの情報に基づき、小ノズル５１と大ノズル５２より吐出される。

大ノズル５２は使用頻度が低いため、大ノズル５２よりインクの増粘が始まるが、大ノズル液室５８が設けられているため、インクの増粘は、大ノズル液室５８に広がった後でなければ、個別流路５３に広がることはない。

よって、増粘したインクを除去する吸引動作の際には、大ノズル５２と大ノズル液室５８に溜まっているインクの吸引を行えばよく、個別流路５３内のインクの吸引まではする必要がないため、吸引動作におけるインクの消費は従来に比べて少なくなる。

また、吸引はインクが増粘した場合に行われるが、先に記載したように一般に大ノズル５２の方が使用頻度は低いため、大ノズル５２のインクは小ノズル５１のインクよりも増粘している場合が多い。大ノズル５２は、ノズル径も広く、また、大ノズル液室５８が存在していることから、幾何学的な流路抵抗は大ノズル５２の方が低い。従って、大ノズル５２では、インクの増粘によるインクが流れる際の抵抗は増すが、幾何学的な流路抵抗は小さくなり、小ノズル５１では、インクの増粘によるインクが流れる際の抵抗は低いが、幾何学的な流路抵抗は大きくなるため、吸引動作の際に吸引されるインクは、一方のノズルのインクのみ過大に吸引されることはなく、大ノズル５２、小ノズル５１ともにバランスよく吸引されるため、吸引動作によるインクの消費量は少なくてすむ。

以上、本発明の液体吐出ヘッドについて詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形をおこなうことが可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る液体吐出ヘッドのノズルプレートを外した上面図 本発明の第１の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの断面図 本発明に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置の全体構成図 本発明に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置の印字部周辺の要部平面図 本発明に係るインクジェット記録装置のインク供給系の概略を示す構成図 本発明に係るインクジェット記録装置のシステム構成を示すブロック図 本発明の第２の実施の形態に係る液体吐出ヘッドのノズルプレートを外した上面図 本発明の第２の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの断面図 本発明の第２の実施の形態に係る別のノズル配置の液体吐出ヘッドのノズルプレートを外した上面図 本発明の第３の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの断面図 従来技術に係る液体吐出ヘッドの断面図

符号の説明

１０…ノズルプレート、１１…小ノズル、１２…大ノズル、１３…個別流路、１４、１５…ヒーター、１６…ノズル液室プレート、１７…小ノズル液室、１８…大ノズル液室、１９…個別流路プレート、２０…保護膜、２１…基板、２２…隔壁、２３…共通流路

Claims (5)

1. インク吐出量の異なる大液滴を吐出する大ノズルと、前記大ノズルのノズル径よりも小さなノズル径の小液滴を吐出する小ノズルとを有し、
   各々の前記ノズル対し対向して設けられ、前記ノズルのインク吐出量に対応して、発熱素子にインクを供給するための個別流路内のインクに対して熱エネルギーを作用させることによって、インクを吐出するための気泡を発生させる発熱素子と、
   前記大ノズルと大ノズルに対応して設けられた前記発熱素子との間に、インク液室を設けたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記小ノズルと小ノズルに対応して設けられた前記発熱素子との間に、インク液室を設けたことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記大ノズルと前記小ノズルは、同一の前記個別流路内に、各々設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記個別流路内に設けられた前記小ノズルは、前記大ノズルよりも、前記個別流路のうち複数の前記個別流路に対してインクを供給する共通流路に近接していることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置。

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