JP2009154376A - インクジェット記録ヘッド、およびインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録ヘッドの保守を目的として行われる記録用紙上への保守吐出インクドットの可視性を大きく低減することができ、かつ高品位記録画像を高速に得ることができるインクジェット記録ヘッドを、ヘッドコストを抑えて提供する。
【解決手段】インクを吐出するための複数の吐出口からなる大ノズル列と、該大ノズル列を形成する各吐出口の開口面積より小さい開口面積を各々が有する複数の吐出口からなる小ノズル列とを備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、該インクジェット記録ヘッドの保守のために記録用紙上に画像形成を目的としないインク吐出を行う保守吐出動作を可能にするインクジェット記録装置に搭載することができ、前記小ノズル列に供給されるシアン、マゼンタ、ブラックのいずれかである濃色インクの吐出口数が、前記大ノズル列に供給されるイエロー、淡シアン、淡マゼンタのいずれかである淡色インクの吐出口数よりも多いことを特徴とする。
【選択図】図９

Description

本発明は、インクジェット記録ヘッドと、およびそのインクジェットを搭載したインクジェット記録装置に関する。

インクジェット記録方法は、低騒音、低ランニングコストであると共に、装置の小型化がしやすいことや、カラー化が容易であるといった利点を有している。記録画像を形成するインク滴のドットは、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、小サイズ化が進められている。特にカラーインクを吐出させる記録ヘッドではインク滴の吐出体積（インク滴サイズ）が１５ｐｌ程度から５ｐｌ、２ｐｌと小さくなる傾向にある。更には、デジタル入力機器の進化、普及に伴い、写真などの高精細画像の印刷、および品位要求が高まり続け、１ｐｌといった一層の小サイズ化の必要性も生じている。これに伴い、記録ヘッドの吐出口の開口径も、吐出されるインク滴のサイズに応じて小さくなってきている状況にある。

吐出口の開口径が小さくなるにつれ、インクを吐出しない状態においては吐出口近傍のインクからの水分蒸発が促進される。そのため、インク増粘による目詰まりに起因した不正吐出（吐出方向の曲がった吐出や、インク滴自体が用紙まで届かない吐出）が生じやすくなる。この不正吐出を解消するために従来のインクジェット記録方式においては、その保守行為として、印字直前や印字途中の不使用ノズルの目詰まり解消を目的とした、定期間隔での記録用紙外へのインク吐出を実施している。このインク吐出は保守吐出と称され、記録ヘッドがインクを吐出する際の保守を目的として、記録装置内に設置した廃インク吸収体や保守吐出受け専用の開口部位に、適時または定期的に行われている。保守吐出動作は、使用する記録ヘッドの吐出パワーや、使用するインクの乾燥性能、および環境温度にもよるが、おおよそ２〜１５秒程度の間隔で数発〜十数発程度のインク吐出を行っている。しかしながら、この保守吐出動作は、記録用紙上への画像形成や複数ページの記録用紙の給排紙を行っている最中では、記録用紙外の廃インク吸収体など所定の個所への記録ヘッド移動を伴うことになる。そのため、単位記録データの記録時間（以後、プリントスループットと称す）の低下とのトレードオフの関係にある。特に、高速印刷を目的とした高速記録ヘッド移動、および記録ヘッドの最大性能吐出を用いることでページ単位での記録動作を最小限にとどめるような高速記録モードにおいては、保守吐出動作の割合は、数％から十数％というほど大きく影響する。

具体的には、ページ内を記録ヘッド長のバンド幅１走査で１行分のデータを印字し、Ａ４サイズの記録用紙の印字可能領域が２０．３２ｃｍ×２７．９４ｃｍ（８×１１“）とした場合を考える。５ｐｌのサイズのインク滴を吐出し、１２００ｄｐｉの密度で２５６ノズル配置された５．３３ｍｍ（０．２１インチ）の記録ヘッドを用いて、記録画像を形成するためには、約５２走査（記録ヘッドの走査＋用紙改行）必要となる。記録ヘッドの駆動周波数を１５ｋＨｚとすると、記録ヘッドの移動速度は６３．５ｃｍ（２５インチ）／秒となる。そのとき、用紙搬送の改行時間、および記録ヘッド移動の立ち上がり、立下り（ランプアップ・ダウン）を０．１秒で見積もっても、１行あたりの印字時間は約０．５２秒となり、Ａ４サイズ紙１枚の印字に要する時間は約２７秒となる。ここで、保守吐出動作のページあたりの割合を概算すると、保守吐出の間隔を５秒とした場合、ページ内で保守吐出を行う回数は５回であり、５走査／５２走査≒約１０％となる。一方で、記録ヘッドから吐出されるインク滴サイズが約２ｐｌと小さくなった場合、保守吐出の間隔は２秒程度に低下し、同様の概算を行うと、１３走査／５２走査≒約２５％となる。すなわち、インク滴サイズが小さくなるに従い、保守吐出動作の割合も高くなり、プリントスループットダウンにつながる。

このような、記録ヘッドの保守作業に伴うプリントスループット低下の改善として、特許文献１において、記録用紙上に画像形成を目的としないインク吐出を実施することで記録ヘッドの保守吐出動作を削減する手段が開示されている。そこでは、画像の縁周辺に吐出させたり、記録用紙に透かし模様を象らせたりする実施例が行われている。
特開平８−１１２９０４号公報

記録ヘッドの保守吐出動作に係わるプリントスループット低下を抑えるためには、保守吐出動作に要する時間を短縮できれば良い。そのためには、記録用紙外などの所定の個所へ移動して保守吐出を行うのではなく、記録用紙上への通常の画像形成と並行して保守吐出を行えることが望まれている。

その点、上述した特許文献１で行われた実施例は、画像の縁への印字や透かし模様印刷など、記録用紙上に保守吐出が行える点では望ましいが、保守吐出によるインクドットが認識できてしまうため、高品位画像を形成する上では好ましくない。したがって、特にフォト画像のような高精細画像を高速に印刷するインクジェット記録ヘッドにおいては、記録画像とは無関係な保守吐出を記録用紙上に自在に行えることが求められている。その場合、画像として認識できないよう、保守吐出インクドットの記録用紙上での可視性を最大限低下させることが課題となる。

ここで、インク滴の吐出体積を小さくすれば、保守吐出インクドットの可視性の低下は当然期待できるが、一般的に、インク滴を小サイズ化した場合、それに応じてインクドットの打込み量を増やさなければプリントスループットの低下につながる。プリントスループット維持のために打込み量を増やす手段としては、ノズル数を増やすことが挙げられるが、これにはチップサイズを大きくすることが不可欠であり、ヘッドコストの上昇につながる。すなわち、プリントスループットとヘッドコストがトレードオフの関係にあり、これを踏まえた上で記録ヘッドに最適なインク滴サイズを決定することも重要となる。

本発明の目的は、記録ヘッドの保守を目的として行われる記録用紙上への保守吐出インクドットの可視性を大きく低減することができ、かつ高品位記録画像を高速に得ることができるインクジェット記録ヘッドを、ヘッドコストを抑えて提供することである。

本発明の他の目的は、上記に記載のインクジェット記録ヘッドを搭載したインクジェット記録装置を提供することである。

上述した目的を達成するために、本発明のインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出するための複数の吐出口からなる大ノズル列と、該大ノズル列を形成する各吐出口の開口面積より小さい開口面積を各々が有する複数の吐出口からなる小ノズル列と、を備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、該インクジェット記録ヘッドの保守のために記録用紙上に画像形成を目的としないインク吐出を行う保守吐出動作を可能にするインクジェット記録装置に搭載することができ、前記大ノズル列に供給されるインクがイエロー、淡シアン、淡マゼンタのいずれかである淡色インクであり、前記小ノズル列に供給されるインクがシアン、マゼンタ、ブラックのいずれかである濃色インクであり、かつ、前記濃色インクの吐出口数が、前記淡色インクの吐出口数よりも多いことを特徴とする。また、本発明のインクジェット記録装置は、上記に記載のインクジェット記録ヘッドと、前記保守吐出動作と記録用紙上への画像形成動作を制御する制御部と、を有する。

以上、本発明によれば、記録ヘッドの保守を目的として行われる記録用紙上への保守吐出インクドットの可視性を大きく低減することができ、かつ高品位記録画像を高速に得ることができるインクジェット記録ヘッドを、ヘッドコストを抑えて提供することができる。また、上記に記載のインクジェット記録ヘッドを搭載したインクジェット記録装置を提供することができる。

[第１の実施形態]
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

はじめに、本発明を適用可能な（１）記録ヘッドカートリッジ、及び（２）該カートリッジを搭載するインクジェット記録装置について、詳細な説明を行う。

（１）記録ヘッドカートリッジ
図１から図８は、本発明が実施または適用される好適な記録ヘッドカートリッジ（液体吐出記録ヘッドカートリッジ）、その記録ヘッド部、インク（液体）を保持するインクタンク部のそれぞれ、およびそれぞれの関係を説明するための説明図である。以下、これらの図面を参照して各構成要素について説明する。

本発明の記録ヘッド部Ｈ１００１は、図１（ａ）および図１（ｂ）の斜視図でわかるように、記録ヘッドカートリッジＨ１０００を構成する一構成要素である。記録ヘッドカートリッジＨ１０００は、記録ヘッド部Ｈ１００１とこれに着脱自在に設けられたインクタンクＨ１９００とで構成されており、インクジェット記録装置本体のキャリッジ（不図示）に、位置決め手段によって位置決めされている。そして、電気的接点の接触により電気的に接続され固定支持されて載置されるとともに、キャリッジに対して着脱可能となっている。

インクタンクＨ１９００としては、ブラックのインク用のインクタンクＨ１９０１、シアンのインク用のインクタンクＨ１９０２、マゼンタのインク用のインクタンクＨ１９０３、イエローのインク用のインクタンクＨ１９０４の４つが設けられている。これらのインクタンクＨ１９０１、Ｈ１９０２、Ｈ１９０３、Ｈ１９０４はそれぞれが記録ヘッド部Ｈ１００１に対して独立して着脱自在であり、それぞれ個別に交換可能となっている。このような構成とすることにより、インクタンクＨ１９００を適宜交換して、インクを無駄なく使用できるので、インクジェット記録装置の印刷のランニングコストを低く抑えることができる。

次に記録ヘッド部Ｈ１００１に関して、それを構成しているそれぞれの構成要素毎にさらに詳しく順を追って説明する。

（１−１）記録ヘッド部
記録ヘッド部Ｈ１００１に搭載されている記録ヘッドは、電気信号に応じてインクに対して膜沸騰を生じさせるための熱エネルギーを生成する電気熱変換体を用いたバブルジェット（登録商標）方式の記録ヘッドである。電気熱変換体とインク吐出口とが対向するように配置されており、いわゆるサイドシュータ型である。

記録ヘッド部Ｈ１００１は、図２の分解斜視図に示すように、記録素子ユニットＨ１００２とインク供給ユニット（液体供給ユニット）Ｈ１００３とタンクホルダーＨ２０００とから構成されている。

さらに、記録素子ユニットＨ１００２は、図３の分解斜視図に示すように、以下から構成されている。それらは、第１の記録素子基板Ｈ１１００、第２の記録素子基板Ｈ１１０１、第１のプレートＨ１２００、電気配線テープ（電気配線基板）Ｈ１３００、電気コンタクト基板Ｈ２２００、第２のプレートＨ１４００である。また、インク供給ユニットＨ１００３は、インク供給部材Ｈ１５００、流路形成部材Ｈ１６００、ジョイントシール部材Ｈ２３００、フィルターＨ１７００、シールゴムＨ１８００から構成されている。

（１−１−１）記録素子ユニット
第１のプレートＨ１２００は、例えば、厚さ０．５〜１０ｍｍのアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）材料で形成されている。ただ、第１のプレートＨ１２００の素材は、アルミナに限られることはない。記録素子基板Ｈ１１００、Ｈ１１０１の材料の線膨張率と同等の線膨張率を有し、かつ、記録素子基板Ｈ１１００、Ｈ１１０１の材料の熱伝導率と同等もしくは同等以上の熱伝導率を有する他の材料でもよい。例えば、シリコン（Ｓｉ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ジルコニア（ＺｒＯ₂）、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、炭化珪素（ＳｉＣ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）のうちいずれであってもよい。第１のプレートＨ１２００には、インク供給口Ｈ１２０１として、第１の記録素子基板Ｈ１１００にブラックのインクを供給するためのものと第２の記録素子基板Ｈ１１０１にシアン、マゼンタ、イエローのインクを供給するためのものとが形成されている。また、両側部には、インク供給ユニットＨ１００３との接続用のビス止め部Ｈ１２０６が形成されている。

図４は、顔料ブラックインク用の第１の記録素子基板Ｈ１１００の構成を説明するために一部破断して示す斜視図である。第１の記録素子基板Ｈ１１００には、例えば、厚さ０．５〜１ｍｍのＳｉ基板Ｈ１１１０に、インク流路である長溝状の貫通口であるインク供給口Ｈ１１０２が形成されている。インク供給口Ｈ１１０２を挟んだ両側には、電気熱変換素子Ｈ１１０３がそれぞれ１列ずつ並べて配置されて形成されており、さらに電気熱変換素子Ｈ１１０３に電力を供給するＡｌなどからなる不図示の電気配線が形成されている。これら電気熱変換素子Ｈ１１０３と電気配線とは成膜技術により形成されている。電気熱変換素子Ｈ１１０３は、各列千鳥状に配列されている。すなわち各列の吐出口の位置が、その並び列方向に直交する方向に並ばないように少しずれて配置されている。さらに、この電気配線に電力を供給するための電極部Ｈ１１０４が電気熱変換素子Ｈ１１０３の両外側の側辺に沿って配列して形成されており、電極部Ｈ１１０４上にはＡｕなどからなるバンプＨ１１０５が形成されている。Ｓｉ基板Ｈ１１１０上の、これらが形成された面上には、フォトリソ技術によって樹脂材料からなる構造体が形成されている。この構造体は、電気熱変換素子Ｈ１１０３に対応したインク流路を形成するインク流路壁Ｈ１１０６とその上方を覆う天井部とを有し、天井部には吐出口Ｈ１１０７が開口されている。吐出口Ｈ１１０７は、電気熱変換素子Ｈ１１０３に対向して設けられており、ノズル列Ｈ１１０８を形成している。この第１の記録素子Ｈ１１００において、インク供給口Ｈ１１０２から供給されたインクは、各電気熱変換素子Ｈ１１０３の発熱によって発生した気泡の圧力によって、各電気熱変換素子Ｈ１１０３に対向する吐出口１１０７から吐出される。

図５は、第２の記録素子基板Ｈ１１０１を、その構成を説明するために一部破断して示した斜視図である。第２の記録素子基板Ｈ１１０１は、シアン、マゼンタ、イエローの３色のインクを吐出させるためのものであり、３個のインク供給口Ｈ１１０２が並列して形成されている。それぞれのインク供給口Ｈ１１０２を挟んでその両側に、電気熱変換素子Ｈ１１０３とインク吐出口Ｈ１１０７とが一列に並んで千鳥状に配置されて形成されている。Ｓｉ基板Ｈ１１１０には、第１の記録素子基板Ｈ１１００と同じように電気配線、電極部Ｈ１１０４などが形成されており、その上に樹脂材料でフォトリソ技術によってインク流路壁Ｈ１１０６やインク吐出口Ｈ１１０７が形成されている。また第１の記録素子基板と同様に、電気配線に電力を供給するための電極部Ｈ１１０４にはＡｕなどからなるバンプＨ１１０５が形成されている。

記録素子基板Ｈ１１００、Ｈ１１０１は、それぞれのインク供給口１１０２が第１のプレートＨ１２００のインク供給口Ｈ１２０１に連通するように接続され、かつそれぞれが第１のプレートＨ１２００に対して精度良く位置するように接着固定される。この接着に用いられる第１の接着剤は、低粘度で硬化温度が低く、短時間で硬化し、硬化後比較的高い硬度を有し、かつ耐インク性のあるものが望ましい。例えば、第１の接着剤としては、エポキシ樹脂を主成分とした熱硬化接着剤が用いられ、その際の接着層の厚みは５０μｍ以下が望ましい。

第２のプレートＨ１４００は、例えば、厚さ０．５〜１ｍｍの一枚の板状部材であり、例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）などのセラミックや、Ａｌ、ＳＵＳなどの金属材料で形成されている。そして、第１のプレートＨ１２００に接着固定された第１の記録素子基板Ｈ１１００と第２の記録素子基板Ｈ１１０１との外形寸法よりも大きな２つの開口部を有する形状となっている。第２のプレート１４００は第１のプレートＨ１２００に第２の接着剤により接着されている。これにより、電気配線テープＨ１３００を接着した際に、電気配線テープＨ１３００を、第１の記録素子基板Ｈ１１００および第２の記録素子基板Ｈ１１０１に接着面平面上で接触させて電気接続できるようになっている。

電気配線テープＨ１３００は、第１の記録素子基板Ｈ１１００と第２の記録素子基板Ｈ１１０１に対して、インクを吐出するための電気信号を印加する電気信号経路を形成するものである。電気配線テープＨ１３００には、記録素子基板Ｈ１１００、Ｈ１１０１に対応する２つの開口部が形成されている。この開口部の縁付近には、記録素子基板Ｈ１１００、Ｈ１１０１の電極部Ｈ１１０４に接続される電極端子Ｈ１３０２が形成されている。電気配線テープＨ１３００の端部には、電気信号を受け取るための外部信号入力端子Ｈ１３０１を有する電気コンタクト基板Ｈ２２００と電気的接続を行うための、電気端子接続部Ｈ１３０３が形成されている。電極端子Ｈ１３０２と電気端子接続部Ｈ１３０３は、連続した銅箔の配線パターンでつながっている。電気配線テープＨ１３００は裏面で第３の接着剤によって第２のプレートＨ１４００の下面に接着固定され、さらに、第１のプレートＨ１２００の一側面側に折り曲げられ、第１のプレートＨ１２００の側面に接着固定されている。第３の接着剤としては、例えば、エポキシ樹脂を主成分とした厚さ１０〜１００μｍの熱硬化接着剤が使用されている。

電気配線テープＨ１３００と記録素子基板Ｈ１１００、Ｈ１１０１との電気的な接続は、例えば、記録素子基板Ｈ１１００、Ｈ１１０１の電極部Ｈ１１０４と電気配線テープＨ１３００の電極端子Ｈ１３０２との熱超音波圧着法による電気接合で行われている。第１の記録素子基板Ｈ１１００および第２の記録素子基板Ｈ１１０１と電気配線テープＨ１３００との電気接続部分は、第１の封止剤Ｈ１３０７と第２の封止剤Ｈ１３０８によって封止されている。これによって電気接続部分がインクによる腐食や外的衝撃から保護されている。第１の封止剤Ｈ１３０７は、主に電気配線テープの電極端子Ｈ１３０２と記録素子基板Ｈ１１００、Ｈ１１０１の電極部Ｈ１１０４との接続部の裏側からの封止と、記録素子基板Ｈ１１００、Ｈ１１０１の外周部分の封止とに用いられている。一方、第２の封止剤Ｈ１３０８は、接続部の表側からの封止に用いられている。電気配線テープＨ１３００の端部には、電気コンタクト基板Ｈ２２００が異方性導電フィルムなどを用いて熱圧着され電気的に接続されている。電気コンタクト基板Ｈ２２００には、位置決め用の端子位置決め穴Ｈ１３０９と、固定用の端子結合穴Ｈ１３１０とが形成されている。

（１−１−２）インク供給ユニット
図３に示すように、インク供給部材Ｈ１５００は、インクタンクＨ１９００から記録素子ユニットＨ１００２にインクを導くためのインク供給ユニットＨ１００３の一構成部品である。インク供給部材Ｈ１５００は、例えば、樹脂成形により形成されている。その樹脂材料には、形状的剛性を向上させるために、ガラスフィラーを５〜４０％混入したものを使用することが望ましい。

インク供給部材Ｈ１５００は、図６に示すように、タンクホルダーＨ２０００と共に、インクタンクＨ１９００を脱着自在に収容する収容部を形成している。この収容部の底部には、インクタンクＨ１９００のタンク位置決めピンＨ１９０８に係合するタンク位置決め穴Ｈ１５０２が設けられている。また後側の壁には、インクタンクＨ１９００の第１の爪Ｈ１９０９に係合する第１の穴Ｈ１５０３、第２の爪Ｈ１９１０に係合する第２の穴Ｈ１５０４が設けられている。一方、インクタンクＨ１９００の前部には、収容部の壁に係合する第３の爪Ｈ１９１１が形成された可動レバーＨ１９１２が設けられている。このレバーＨ１９１２に力を加えて弾性変形させて動かすことにより、第３の爪Ｈ１９１１を外してインクタンクＨ１９００を取り外せるようになっている。これらの構成のうち、穴Ｈ１５０３、Ｈ１５０４はインク供給部材Ｈ１５００に形成されており、すなわちインク供給部材Ｈ１５００は、着脱自在のインクタンクＨ１９００を保持する手段の一部を構成している。

インク供給部材Ｈ１５００の、インクタンクＨ１９００の収容部の底部にあたる位置には、インクタンクＨ１９００のインク供給口Ｈ１９０７部分に当接されるジョイント部Ｈ１５２０が設けられている。ここには、外部からのゴミの進入を防ぐためのフィルターＨ１７００が溶着により接合されており、さらに、ジョイント部Ｈ１５２０からインクの蒸発を防止するためのシールゴムＨ１８００が装着されている。インク供給部材Ｈ１５００内には、インクタンクＨ１９００とジョイント部Ｈ１５２０との接触面から下面に延びるインク流路Ｈ１５０１が形成されている。インク供給部材Ｈ１５００の底面には、流路形成部材Ｈ１６００が超音波溶着により取り付けられている。流路形成部材Ｈ１６００は、記録素子ユニットＨ１００２にインクを供給するインク導入口Ｈ１６０２が開口されており、インク導入口Ｈ１６０２とインク供給部材Ｈ１５００のインク流路Ｈ１５０１とが連通するように位置決めされている。

（１−１−３）記録素子ユニットとインク供給ユニットとの結合
次に、記録素子ユニットＨ１００２とインク供給ユニットＨ１００３との結合について説明する。

記録素子ユニットＨ１００２とインク供給ユニットＨ１００３とは、ジョイントシール部材Ｈ２３００を間に挟んで、ビスＨ２４００によって圧接させて固定し結合されている。ジョイントシール部材Ｈ２３００には、第１のプレートＨ１２００のインク供給口Ｈ１２０１と、流路形成部材Ｈ１６００のインク導入口１６０２とに対応する位置に穴が設けられている。また、ジョイントシール部材Ｈ２３００はゴムなどの圧縮永久ひずみが少ない弾性材料から作られており、これを間に挟んで圧接させることで、インク供給口１２０１とインク導入口１６０２とをインクリークが発生しないように良好に連通させることができる。記録素子ユニットＨ１００２の電気コンタクト基板Ｈ２２００は、インク供給部材Ｈ１５００の後面に位置決めされ固定される。電気コンタクト基板Ｈ２２００の位置決めは、端子位置決め穴Ｈ１３０９にインク供給ユニットＨ１００３の後面の２個所に設けられた端子位置決めピンＨ１５１５を通すことによって行われる。この際、端子結合穴Ｈ１３１０にインク供給ユニットＨ１００３の端子結合ピンＨ１５１６が通され、この端子結合ピンＨ１５１６をかしめることにより、固定が行われる。固定方法はこれに限られることはなく、その他の固定手段を用いても良い。

以上のように、インク供給ユニットＨ１００３と記録素子ユニットＨ１００２とを結合し、さらにインク供給部材Ｈ１５００とタンクホルダーＨ２０００とに設けられた結合穴および結合部を互いに勘合させる。それにより、図７に示すようにタンクホルダーＨ２０００が結合され、記録ヘッド部Ｈ１００１が完成する。

（２）インクジェット記録装置
インクジェット記録装置においては、前述の記録ヘッドカートリッジを、例えば、主走査方向（キャリッジ移動方向）に往復移動させ、駆動回路によって制御し、同様にその用紙搬送が制御された記録用紙に対して画像形成動作を行うものである。

図８は、インクジェット記録装置における制御回路の概略構成例のブロック図を示す。同図において、コントローラ２００は主制御部であり、マイクロコンピュータ形態のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２０１を有する。またコントローラ２００は、プログラムや所要のテーブルなどの固定データを格納したＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２０３、画像データの展開などの作業用の領域等を設けたＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２０５をも有する。ホスト装置２１０は、画像データの供給源（プリントに係る画像等のデータの作成、処理等を行うコンピュータとする他、画像読み取り用のリーダ部等の形態であってもよい）である。画像データ、その他のコマンド、ステータス信号等は、インターフェース（Ｉ／Ｆ）２１２を介してコントローラ２００との間で送受信される。電源スイッチ２２２、吸引回復の起動を指示するための回復スイッチ２２６等は、操作者による指示入力を受容するスイッチ群である。センサ群２３０は装置の状態を検出するためのセンサ群である。記録ヘッドのホームポジションを検出するホームポジションセンサ３０、プリント媒体の有無を検出するためのペーパエンドセンサ３３、および、環境温度を検出するために適宜の部位に設けられた温度センサ２３４等を有する。ヘッドドライバ２４０は、プリントデータ等に応じてプリントヘッド１の吐出ヒータ２５を駆動するドライバであり、プリントデータを吐出ヒータ２５の位置に対応させて整列させるシフトレジスタ、適宜のタイミングでラッチするラッチ回路を有する。また、駆動タイミング信号に同期して吐出ヒータを作動させる論理回路素子の他、ドット形成位置合わせのために駆動タイミング（吐出タイミング）を適切に設定するタイミング設定部等をも有する。モータドライバ２５０は主走査モータ４を駆動するドライバであり、副走査モータ３４は記録用紙を搬送（副走査）するために用いられるモータであり、モータドライバ２７０はそのドライバである。給紙モータ３５は記録用紙をＡＳＦから分離、給紙するために用いられるモータであり、モータドライバ２６０はそのドライバである。

続いて、画像形成を目的としない、記録用紙上への保守吐出を行うためのデータ生成について説明する。保守吐出データは、ＣＰＵ２０１により演算されるか、またはＲＯＭ２０３に予めプログラムされており、ＲＡＭ２０５へプリントデータとともに展開される。そこから、プリントデータと同様にヘッドドライバ２４０に転送され、吐出ヒータを作動させることにより吐出が行われる。

本実施例において生成する保守吐出のドット構成は、ＣＰＵ２０１で演算された、または制御プログラムであらかじめ規定されたパターンを用いる。規定のパターンは制御プログラムによって、複数の条件を持つことも可能である。インク増粘による不正吐出は、使用するインクの主に保湿性能、種類（染料、顔料）、また増粘の進行要因となるインクジェット記録装置の稼働する環境温度によって影響を受けるが、それらの条件に応じて、規定のパターンを変化させることが可能である。環境温度の検出はインクジェット記録装置に設けた温度センサ２３４などを利用する。また、画像形成を目的としない保守吐出の記録データは、記録用紙に着弾するインクドットの可視性を極力低減させなければならい。そのため、吐出されるインクの色毎に隣接して形成されるインクドット同士が重ならないようなパターンであり、記録ヘッドのノズル方向においても連続してインクドットが形成されないよう分散されたパターンが好ましい。保守吐出のドット間隔は離れているほど効果的であり、また周期性が少ない事が望ましい。例えば、記録ヘッドの主走査方向に対しては記録ヘッドを駆動する最大周波数での連続吐出ではなく、記録用紙の幅でいえば数ｍｍから十数ｍｍの間隔で、またノズル列の方向においても連続する事なく１ドット／ノズルのインクが吐出される。吐出されるインクドット数は記録ヘッドが移動する幅内で３発〜１５発程度であり、プリントデータとは関係なく、固定のパターンで生成される。

表１は、第１の実施形態を発明するにあたり、画像形成を目的としない保守吐出ドットのインク滴の吐出体積（インク滴サイズ）別、およびインクの色別の可視性をまとめた結果である。インク滴サイズに併記しているドット径は、インクジェット用のコート紙上にインク滴を吐出した際のインクドット径を参考までに測定したものである。

表１の結果は３〜６発／ラスター程度の保守吐出ドットを記録用紙に吐出した時の可視性を示しているが、ここで述べる可視性とは画像形成を目的としない保守吐出のインクドットの目立ちにくさを意味している。実際には、記録用紙から約２０ｃｍ離れた状態で両眼視力１．０〜１．５程度の視力のパネラーがその目立ちにくさを判定した。○は記録用紙上でのドットの可視性が低い（目立ちにくい）ことを示し、△、×となるにつれ、可視性が高く（目立ちやすい）なることを示している。可視性を評価した記録用紙はパルプ材を用いた普通紙である。インク滴サイズが小さくなるほど記録用紙上での保守吐出インクドットの可視性が低下する（見えにくくなる）という、当然予測できる結果が得られたと同時に、その度合いがインクの色毎に異なる傾向があるという新たな知見も発見した。これにより、用紙上への保守吐出による可視性の観点から、淡色インクであるイエロー、淡シアン、淡マゼンタのインク滴サイズは約４ｐｌ以下であり、濃色インクであるシアン、マゼンタ、染料ブラックのインク滴サイズは約２ｐｌ以下であることが好ましい。ただし、使用するインクの性能、および用紙上でのにじみ率などに応じてインク滴サイズを選択する事は可能である。この保守吐出ドットの可視性に応じて、記録ヘッドのインク滴サイズとインクの色毎のノズル列の構成を決定する。

本実施形態では、インク滴サイズが２種類混在し、相対的にインク滴サイズが大きい淡色インクが１色、相対的にインク滴サイズが小さい濃色インクが２色の、計３種類のインクを使用する構成である。淡色インクのインク滴サイズは約４ｐｌ以下、濃色インクのインク滴サイズは約２ｐｌ以下であり、加えて、淡色インク１色あたりの吐出口数よりも、濃色インク１色あたりの吐出口数が多い構成である。この構成における、保守吐出ドットの可視性を確認した。

図９は、本実施形態における記録ヘッドカートリッジの第２の記録素子基板Ｈ１１０１をノズル列側から概略的にみた図であり、インク滴サイズ、および、インクの色毎のノズル列の配置を示している。使用されるインクは、シアン、マゼンタ、イエローの３種類であり、各々のインクが独立したノズル列を有し、各色のインクタンクＨ１９００を使用可能としている。当然、インクタンクは独立ではなくとも問題は無い。

第１の実施形態の特徴は、インク滴サイズを約１．５ｐｌとしたシアン、マゼンタのノズル列（小ノズル列）が、各々２列配置されている点である。ここで、小ノズル列を構成する各吐出口は、約１．５ｐｌのインク滴を吐出可能な開口面積を有している。本実施形態においてはノズル列あたり５１２個の吐出口を有するが、本実施形態と異なる吐出口数であっても問題はない。また各ノズル列は、記録ヘッドの主走査方向に、第１のシアンノズル列４０１、第１のマゼンタノズル列５０１に続き、第２のシアンノズル列４０２、第２のマゼンタノズル列５０２の順に配されている。さらに、インク滴サイズを約３．０ｐｌとしたイエローのノズル列（大ノズル列）で構成される第１のイエローノズル列３００が配されている。ここで、大ノズル列を構成する各吐出口は、約３．０ｐｌのインク滴を吐出可能な開口面積を有している。このとき、大ノズル列であるイエローノズル列３００の吐出口数が５１２であるのに対し、小ノズル列であるシアンノズル列４０１、４０２、マゼンタノズル列５０１、５０２の吐出口数は各１０２４となる。つまり、本実施形態では、大ノズル列を構成する吐出口数に対して、小ノズル列を構成する吐出口数が２倍の関係にあることも特徴である。

なお、各ノズル列は、６００ｄｐｉの解像度、すなわち約２５．４ｍｍ／６００＝０．０４２３ｍｍの間隔（ピッチ）でノズル列方向に一列に並んだ吐出口群が、千鳥状に配列された構成である。つまり、ノズル列あたり１２００ｄｐｉの解像度を有しているが、ノズル列に有する吐出口群の数、解像度はこれに限らない。さらに、小さいインク滴サイズであるシアン、マゼンタは、各々２列のノズル列が約２４００ｄｐｉのピッチ、言い換えると、約０．０１１ｍｍずれて配されている。このことにより、２つのノズル列で、各色あたり２４００ｄｐｉの解像度を有していることも本実施形態の特徴である。これらの詳細を図１０に示す。

この構成の記録ヘッドカートリッジを使用して、保守吐出ドットの可視性を確認した。確認方法は前述と同様で、３〜６発／ラスター程度の保守吐出ドットを記録用紙に吐出し、その目立ちにくさを判定した。可視性を評価した記録用紙はパルプ材を用いた普通紙である。その結果、シアン、マゼンタ、イエロー全ての色について、記録用紙上でのドットの可視性は低い、前述の判定基準を用いると○であった。さらに、保守吐出動作後に出検画像を印字させたところ、不正吐出は確認されず良好な印字であった。

本実施形態のように、シアン、マゼンタのみを記録用紙上の保守吐出ドットの可視性が低い（目立ちにくい）インク滴サイズにすることで、従来のインク滴サイズで構成する画像よりも、粒状感を目立たなくする事が可能である。具体的には、グラフィック画像であれば、中間調のグレー、および、カラーハーフトーン部、写真画像であれば、陰影の部分や、青空、人肌といったハイライトも含め、粒状感を目立たなくする事が可能である。

また、解像度に対してインク滴サイズが小さいインクの吐出口列を２倍以上有することにより、１回の記録ヘッドカートリッジの走査で記録用紙への画像ドット打ち込み量が高まる事で高速な印刷が可能となる。ここで画像ドットの打ち込み量が高まるという表現について、図１１で説明する。

図１１は、記録ヘッドが１走査した際の単位解像度に形成されるインクドットを示した図である。図１１（ａ）は、１２００ｄｐｉの記録ヘッドでインク滴サイズが１．５ｐｌの場合の、１色（例えばシアン）を１ノズル列しか持たないヘッドにおける、記録用紙上のドットの打ち込み状態を示している。記録ドットＤ１のドット径が記録ヘッドの解像度密度より小さいため、隙間が目立つ。これに対し、図１１（ｂ）は本実施形態の、例えばシアンのノズル列を２列有する場合のドットの形成を示している。第１のシアンノズル列４０１から吐出されるドットＤ１と、第２のシアンノズル列４０２から吐出されるドットＤ２が記録ヘッドの１走査内で形成されるため、記録用紙の隙間が減少し、画像を形成するドットが配される。これにより、記録ヘッドカートリッジ１走査で十分濃度の高い画像が得られる。

また、イエローのような保守吐出ドットの可視性が低いインクを、３．０ｐｌといった大きなインク滴サイズに留めることは、次のような効果がある。まず、インクの吐出エネルギーを低減させ、記録ヘッドの蓄熱の観点からも効率が上がることにより、さらなるプリントスループットへの寄与が図られる。それだけでなく、画像形成を目的としない記録用紙上への保守吐出ドットの実施を行っても、記録用紙上での可視性を大きく低減するインク滴サイズの構成であるため、記録ヘッドの保守作業が高速化され、プリントスループットの向上が飛躍的に高まる。

本実施形態では、小さいインク滴の解像度が、大きいインク滴の２倍である構成で説明するが、本発明は、これ以外の解像度で構成されても問題はない。かつ、ノズル列数に関しても、小さいインク滴を吐出するノズル列数が、大きいインク滴を吐出するノズル列数の２倍ではなく、３倍、４倍の構成であってもかまわない。その場合は、小さいインク滴のサイズは大きいインク滴の１／３、１／４であっても問題ない。さらに、ノズル列を２倍以上有する代わりに、ノズル列の数は大きいインク滴サイズのそれと同等であるが、ノズル列に含まれる吐出口の数が、大きいインク滴サイズのそれよりも多い構成であってもかまわない。

またインクの色毎のノズル列の並びに関しては特に制約されない。

[第２の実施形態]
第２の実施形態では、さらに記録画像の品位を向上させ、かつ、プリントスループットを高速にする形態を説明する。

図１２は第２の実施形態における記録ヘッドカートリッジの第２の記録素子基板Ｈ１１０１をノズル列側から概略的にみた図であり、インク滴サイズ、および、インクの色毎のノズル列の配置を示している。ノズル列の構成以外の形態については、上述の第１の実施形態と同様であり、ここではノズル列の構成についてのみ説明する。

第２の実施形態の特徴は、第１の実施形態と同様に、シアン、マゼンタを供給する小ノズル列が各々２列配置された構成であるが、各色のノズル列の並びが第１の実施形態と異なる点である。図１２に示すように、第１のシアンノズル列４０１、第１のマゼンタノズル列５０１に続き、イエローのノズル列で構成される第１のイエローノズル列３００が配されている。さらに第２のマゼンタノズル列５０２、第２のシアンノズル列４０２が配される構成となっている。すなわち、大ノズル列を中央に配し、小ノズル列をインクの色が対称位置となるように配置した点が特徴である。この時、小ノズル列の数が偶数であれば、小ノズル列の数が本実施形態以外であっても対称の色並びを構成できる。インク滴サイズ毎の吐出口数、ノズル列数、ノズル列のピッチ間隔などは、第１の実施形態と同様である。

この構成の記録ヘッドカートリッジを使用して、保守吐出ドットの可視性を確認した。確認方法は前述と同様である。その結果、シアン、マゼンタ、イエロー全ての色について、記録用紙上でのドットの可視性は低い、前述の判定基準を用いると○であった。さらに、保守吐出動作後に出検画像を印字させたところ、不正吐出は確認されず良好な印字であった。

本実施形態においては、第１の実施形態と同様の効果に加えて、記録ヘッドカートリッジの走査１回による高速印刷時において、走査方向が往路／復路といった、両方向印刷の場合に生じるムラを防止する事が可能となる。

具体的には、混合された画像（例えば、レッド、ブルー、グリーン、および、３色のインクを打ち込む、グレー）において、両方向印刷時のインクの用紙上への色打ち込み順が同一になることで、用紙上へのインク打ち込みの色順差による色味差を防止できる。

ここで、ノズル列の構成を詳細に述べるとともに、同様の効果が得られる別の実施形態も説明する。図１３（ａ）および図１３（ｂ）に、図１２におけるノズル列の詳細構成を示す。

図１３（ａ）に示した詳細構成では、第１の実施形態と同様に、インク滴サイズの小さいシアン、マゼンタが２４００ｄｐｉの解像度を有している。一方で、図１３（ｂ）では、第１のシアン、マゼンタノズル列４０１、５０１と第２のシアン、マゼンタノズル列４０２、５０２が、記録ヘッドの主走査方向で同一線上に配されるような構成となっている。

本実施形態の効果である、大ノズル列を中央に配し、小ノズル列をインクの色が対称となるように配置した構成においては、記録カートリッジの往路／復路の色打ち込み順が同一となる。そのため、第１のノズル列と、第２のノズル列の吐出口位置を、記録ヘッドの主走査方向の同一線上に配しても、記録用紙上での記録ドットがほぼ同一位置に着弾した際の色打ち込み順の色ムラが回避できる。その結果、第１の実施形態と異なり、ノズル列の吐出口位置の配置は自由度が高まる。なお、本実施形態におけるインク滴サイズは、第１の実施形態と同様に、保守吐出ドットの可視性の低いイエローでは、約４．５ｐｌ以下が好ましい。また、シアン、マゼンタは保守吐出の可視性の観点から、約２．５ｐｌ以下であることが好ましいが、使用するインクの性能、および用紙上でのにじみ率などに応じてインク滴サイズを選定する事が可能である。このことが、保守吐出ドットの可視性を低減するとともに、高品位画像の高速印刷を実現するための本実施形態における特徴となる。

[第３の実施形態]
次に高精細なフォト画像において、さらなる印字品位の向上を実現する実施形態を説明する。

図１４（ａ）、図１４（ｂ）は、第３の実施形態を説明する為の図である。先の実施形態と同様に、第２の記録素子基板Ｈ１１０１をノズル列側から概略的にみており、インク滴サイズ、および、インクの色毎のノズル列の配置を示している。ここでも、第２の実施形態と同様、ノズル列の構成以外の形態については、上述の第１の実施形態と同様である。

図１４（ａ）は第２の実施形態に加え、染料ブラックインクを吐出するフォト画像用の染料ブラックノズル列を２列追加した形態を示す。染料ブラックノズル列６０１、６０２から吐出されるインク滴のサイズは約１．５ｐｌである。インク滴サイズ毎の吐出口数は、第１の実施形態と同様である。第１の記録素子基板Ｈ１１００から吐出される顔料ブラックインクは、写真画像を高品位に印字するコート紙、光沢紙などの高品位記録用紙に対しては記録用紙の受容層に浸透しない性質がある。そのため、このような高品位記録用紙への顔料ブラックインクの使用は通常実施されず、フォト画像の場合は、カラーインクの混合（いわゆるコンポジットブラック）によって黒色を形成している。本実施形態の構成であれば、主に普通紙のモノクロ画像を２列の染料ブラックインクで適度な濃度で印刷することが可能である。加えて、高品位記録用紙への写真調画像記録においても、染料タイプのブラックインクを使用できるため、フォト画像を印字した際の、染料ブラックインクにおける濃度やコントラストが高まる事から、より高品位の画像を高速に印刷する事が可能となる。

図１４（ｂ）は第２の実施形態に加え、染料ブラックインクを吐出する染料ブラックノズル列を２列、さらに、淡シアンインクを吐出する淡シアンノズル列、淡マゼンタインクを吐出する淡マゼンタノズル列を各々１列追加した形態である。ここで、淡シアンインク、および淡マゼンタインクは、シアンインク、およびマゼンタインクの濃度を約１／３〜１／６まで下げた淡色インクである。染料ブラックノズル列６０１、６０２から吐出されるインク滴のサイズは約１．５ｐｌ、淡シアンノズル列４００、淡マゼンタノズル列５００から吐出されるインク滴のサイズは約３．０ｐｌである。表１には、淡シアン、淡マゼンタのインク滴サイズ別の可視性も示してあるが、イエローを含めた淡色インクでは、濃度が下がる事により可視性が低い（目立ちにくい）傾向を有する。そのため、可視性の高い（目立ちやすい）シアン、マゼンタ、染料ブラックなどの濃色インクよりも比較的大きなインク滴サイズで構成する事が可能となる。なお、本実施形態における淡シアン、淡マゼンタの色材重量濃度は１．４％以下である。本実施形態のように、画像品位を高める淡色インクのサイズを保守吐出ドットの可視性に応じて決定することで、フォト画像の形成にあたり、記録用紙上に画像形成を目的としない保守吐出を行いながら、熱効率の良い高品位画像を高速に得ることが可能となる。

図１４（ｂ）に示した形態は、記録素子基板Ｈ１１０１を３枚並べた構成となっている。記録素子基板１枚あたりのノズル列数の増加に伴い、記録素子基板製造時の歩留まりは低下する傾向にあるが、本実施形態の構成であれば、記録素子基板１枚あたりのノズル列数の増加を抑えることができ、歩留まりへの影響を減少させる効果をもつ。またノズル列の解像度は、図１５に示すように、記録素子基板Ｈ１１０１内の３ノズル列において、両端のノズル列を２４００ｄｐｉずらした構成である。これを３枚ずらさずに並べることにより、インク滴サイズの小さい色を２４００ｄｐｉ化しながらも、画像形成を目的としない保守吐出ドットの可視性に応じたインク滴サイズの選択を実現できる。また、第２の実施形態と同様な対称構成による色ムラの軽減を成す色並びの記録ヘッド構成も実現できる。

これらの構成の記録ヘッドカートリッジを使用して、保守吐出ドットの可視性を確認した。確認方法は前述と同様である。その結果、全ての色について、記録用紙上でのドットの可視性は低い、前述の判定基準を用いると○であった。さらに、保守吐出動作後に出検画像を印字させたところ、不正吐出は確認されず良好な印字であった。

本発明の実施形態における記録ヘッドカートリッジを示す斜視図である。 本発明の実施形態における記録ヘッドカートリッジの記録ヘッド部の分解斜視図である。 本発明の実施形態における記録ヘッド部の、さらに細かく分解した分解斜視図である。 本発明の実施形態における第１の記録素子基板を一部破断して示す斜視図である。 本発明の実施形態における第２の記録素子基板を一部破断して示す斜視図である。 本発明の実施形態における記録ヘッドカートリッジの側断面図である。 本発明の実施形態における記録ヘッドカートリッジ主要構成部を結合した状態を示す斜視図である。 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回路の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態の記録素子基板をノズル列側からみた平面図である。 本発明の第１の実施形態におけるノズル列の詳細図である。 本発明の実施形態において記録用紙上に形成されるドット構成を示した概略図である。 本発明の第２の実施形態の記録素子基板をノズル列側からみた平面図である。 本発明の第２の実施形態におけるノズル列の詳細図である。 本発明の第３の実施形態の記録素子基板をノズル列側からみた平面図である。 本発明の第３の実施形態におけるノズル列の詳細図である。

符号の説明

３００ 第１のイエローノズル列
４００ 第１の淡シアンノズル列
４０１ 第１のシアンノズル列
４０２ 第２のシアンノズル列
５００ 第１の淡マゼンタノズル列
５０１ 第１のマゼンタノズル列
５０２ 第２のマゼンタノズル列
６０１ 第１の染料ブラックノズル列
６０２ 第２の染料ブラックノズル列
Ｈ１００１ 記録ヘッド部
Ｈ１１０７ 吐出口
Ｈ１１０８ ノズル列

Claims (8)

1. インクを吐出するための複数の吐出口からなる大ノズル列と、該大ノズル列を形成する各吐出口の開口面積より小さい開口面積を各々が有する複数の吐出口からなる小ノズル列と、を備えたインクジェット記録ヘッドにおいて
   該インクジェット記録ヘッドの保守のために記録用紙上に画像形成を目的としないインク吐出を行う保守吐出動作を可能にするインクジェット記録装置に搭載することができ、
   前記大ノズル列に供給されるインクがイエロー、淡シアン、淡マゼンタのいずれかである淡色インクであり、前記小ノズル列に供給されるインクがシアン、マゼンタ、ブラックのいずれかである濃色インクであり、かつ、前記濃色インクの吐出口数が、前記淡色インクの吐出口数よりも多いことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記淡シアン、淡マゼンタインクの色材重量濃度が、それぞれ１．４％以下であ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. 前記大ノズル列を構成する前記吐出口１つあたりのインク滴の吐出体積と、前記淡色インクの吐出口数との積と、前記小ノズル列を構成する前記吐出口１つあたりのインク滴の吐出体積と、前記濃色インクの吐出口数との積が、等しいことを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 前記小ノズル列が、前記インクジェット記録ヘッドの主走査方向に対して、前記大ノズル列に関して対称位置に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
5. 前記濃色インクとは異なる色の濃色インクが供給される第２の小ノズル列を有し、前記小ノズル列、および前記第２の小ノズル列が、前記インクジェット記録ヘッドの主走査方向に対して、前記大ノズル列に関して対称位置に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドと、
   前記保守吐出動作と記録用紙上への画像形成動作とを制御する制御部と、
   を有するインクジェット記録装置。
7. 前記保守吐出動作は、主走査方向に対しても、ノズル列方向に対しても、隣接して形成されたインクドット同士が重なり合わないように行われ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装置。
8. 前記保守吐出動作が、前記制御部の制御により、予め定められた複数のドット構成の中から選択されたドット構成を用いて行われることを特徴とする請求項７に記載のインクジェット記録装置。