JP2015027795A - インクジェット記録装置およびインクジェット記録方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェット記録装置において、インクドットの発色を制御して記録する画像の色味を変えることを可能とする。【解決手段】インクの温度と、インクの浸透速度と、記録媒体内の毛管占有率との関係を利用して、先行シアンと後続マゼンタによる記録がなされる際の浸透領域を制御することによって、重ねて打ち込まれたインクによって実現される色の発色を制御する。【選択図】図８

Description

本発明は、インクジェット記録装置およびその記録方法に関し、詳しくは、複数種類のインクを重ねて記録されるインクドットの色味の制御に関するものである。

インクジェット記録方式では、記録媒体において複数の色インクを重ねて記録されるドットの色味（発色）が、これらインクドットの打ち込み順序や打ち込み時間差によって異なることが知られている。特許文献１には、複数色のインクを吐出するノズルを記録媒体の搬送方向において異なる位置に配置して複数色インクの打ち込み順序を同じものにするとともに、どの走査領域においても複数色インクの打ち込み時間差を一定にすることが記載されている。これにより、発色の違いを抑制することを可能としている。

特許第４３４３４８１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された発色の違いを低減する技術は、基本的に異なる色のインクの重なり（打ち込み）順序を一定にするものである。このため、特定のノズル配列の記録ヘッドや、記録ヘッドの走査と記録媒体の搬送による記録動作を特別のものとすることなどが必要となり、特許文献１の技術を一般的に広く用いられている記録ヘッドや記録動作によって実行することは困難なことである。一方で、発色を一定のものとするだけでなく、発色を制御して記録する画像の色味を変えることができれば、記録する画像設計の自由度を増すことができる。

本発明は、異なる色のインクを重ねて記録する場合に発色を制御して記録する画像の色味を変えることが可能なインクジェット記録装置およびその記録方法を提供することを目的とするものである。

そのために本発明では、インクジェット記録装置であって、少なくとも第１の色のインクと前記第１の色のインクと色の異なる第２の色のインクとを記録媒体に吐出するための記録ヘッドユニットと、記録媒体に前記第１の色のインクを先行して記録し、前記第２の色のインクを後続して先行して記録された記録媒体上の前記第１の色のインクに重ねて記録する記録制御手段と、を具え、前記記録制御手段は、前記第１の色のインクの記録媒体への浸透速度Ｋａが前記第２の色のインクの前記記録媒体への浸透速度Ｋａより大きくなるように前記記録ヘッドユニットを制御することを特徴とする。

以上の構成によれば、異なる色のインクを重ねて記録する場合に発色を制御して記録する画像の色味を変えることが可能となる。

本発明の一実施形態に係るインクジェット記録装置の概略構成を側面から見た図である。 図１に示した記録装置における制御構成を示すブロック図である。 （ａ）および（ｂ）は一従来例に係るインクの浸透領域を示す図である。 本発明の一実施形態に係わり、理想的な状態で記録した場合の浸透領域を模式的に示す図である。 インク温度を変えたときの、粘度η［ｍＰａ・ｓ］の変化を示す線図である。 インク温度を変えたときの、表面張力γ［ｍＮ／ｍ］の変化を示す線図である。 インク温度を変えたときのインクの浸透速度Ｋａ[ｍｌ／ｍ²(ｍｓ)^1/2]の変化を示す線図である。 インク温度を変えたときの、記録媒体におけるインクの浸透領域を模式的に示す断面図である。 （ａ）〜（ｆ）は、本発明の一実施形態に係る、先行シアンと後続マゼンタのインク温度制御による浸透状態の制御によって発色を定めるいくつかの実施例を説明する図である。 本発明の第２実施形態におけるピエゾ素子と、ペルチェ素子を使った制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る記録ヘッドの概略構成を示す模式的断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係るインクジェット記録装置の概略構成を側面から見た図である。図１に示すように、本実施形態の記録装置は、いわゆるフルラインタイプの記録装置であり、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）インクの記録ヘッド７、８、９、１０が記録媒体の搬送方向に沿って配置され、位置が固定されたこれら４つの記録ヘッドを有した記録ヘッドユニットに対して記録媒体５が搬送される。本実施形態では、これらの記録ヘッドの間の距離は０．０２［ｍ］である。上記の実施形態のインクジェット記録装置は、各記録ヘッドの下を１回通過するのみで記録媒体の片面に画像を記録することが可能である。

搬送モータ１の駆動力によって回転する駆動ローラ２とこのローラから離間して配置された従動ローラ３にベルト４が架け渡されることにより、ベルト４が走行する。これらの要素によって搬送ユニットが構成される。この走行するベルト４に用紙などの記録媒体５が供給されて取り付けられることにより、記録媒体５の搬送が行われる。この搬送路は図１において、左側が上流側であり、記録媒体５はこの上流側から下流側に向かって搬送され、記録ヘッド７、８、９、１０の下をこの順番で通過する。これにより、記録媒体のある領域（所定領域）から見ると、記録ヘッド７、８、９、１０の順序でインクが吐出され着弾する。記録媒体５は、パルプまたはレジンコート層などからなる基材部と、シリカやアルミナなどによる単一または複数の層からなるインク受容層とを有して構成される。インク受容層に着弾したインク液滴は、受容層の空隙による毛細管を伝って浸透し、染料あるいは顔料などの色材を定着させる。搬送路上最も下流側に位置するＫインクの記録ヘッド１０から所定の距離離れた下流側に定着装置１１が配置されている。この定着装置１１は、記録媒体５に温風にあて乾燥させることで記録したインクを定着させる。

本実施形態では、用意された記録媒体５は、搬送路を図中矢印方向に５［ｍ／ｓ］の速度で搬送される。先ず、第１のシアン記録ヘッド７によりシアンインクでドット記録される。続いて、第２のマゼンタ記録ヘッド８によりマゼンタが記録される。続いて、第３のイエロー記録ヘッド９によりイエローが記録される。最後に、第４のブラック記録ヘッド１０によりブラックで記録される。そして、ドット記録が終了すると、記録媒体５は、前記の定着装置１１まで搬送されて温風によって乾燥させられることで定着される。

図２は、図１に示した記録装置における制御構成を示すブロック図である。図２に示すように、本実施形態の制御構成は、制御部を構成するＣＰＵ（中央処理ユニット）２１、このＣＰＵ２１が各部を制御するプログラムデータを格納したＲＯＭ（リード・オンリー・メモリ）２２を有する。さらに、ＣＰＵ２１が各部を制御するときのデータを一時的に記憶するメモリや演算に使用するメモリ等を設けたＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）２３およびＩ／Ｏポート２４を備える。これらはバスライン２５によって信号接続されている。

Ｉ／Ｏポート２４には、搬送モータ１を駆動するモータドライバ２６、各記録ヘッド（７，８，９，１０）、定着装置１１が接続されている。これら記録ヘッドには、インクを吐出するためのノズルごとに吐出ヒータ（２７，２８，２９，３０）が設けられ、この吐出ヒータによって、インクに吐出に必要な熱エネルギーを付与する。また、それぞれの記録ヘッドには各ノズル内のインクの温度を制御するためのサブヒータ（３５，３６，３７，３８）が設けられている。各記録ヘッドには、さらに、記録ヘッドの温度を検出する温度センサ（３１，３２，３３，３４）が設けられている。

以上の構成において、ＣＰＵ２１は、各温度センサ（３１，３２，３３，３４）が検出するヘッド温度を取り込む。さらに、サブヒータ（３５，３６，３７，３８）を制御することによって、各記録ヘッド（７，８，９，１０）のインクを加熱して、所定の温度に保持する。所定の温度が保持されたインクは、各記録ヘッドヒータ（２７，２８，２９，３０）に対して通電することで、それぞれのインクが吐出される。上記サブヒータによるインク加熱によって、後述される、記録媒体上の同じ画素にインクを重ねて打ち込んだときの発色の制御におけるインク温度の調節が行われる。

以上の構成において、上流側から下流側へ搬送される記録媒体５に対して、先ず記録ヘッド７からシアンインクが吐出される。続いて、記録ヘッド８からマゼンタインクが吐出される。さらに続いて、記録ヘッド９からイエローインクが吐出される。最後に、記録ヘッド１０からブラックインクが吐出される。このようにシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）のインクがこの順で吐出され、記録媒体５の画素に重ねて打ち込まれる（着弾する）。なお、本実施形態では、それぞれの記録ヘッドのノズルから吐出されるインク滴のサイズは３［ｐｌ］である。

次に、本発明の一実施形態に係る、各色インクがある画素に重ねて打ち込まれるときの発色の制御について説明する。以下の説明では、説明を簡単にするため、４色のインクのうち、記録ヘッド７から吐出されるシアンインクと記録ヘッド８から吐出されるマゼンタインクを重ねて打ち込んだ場合について説明する。

記録ヘッド７からのシアンインクは、常に先に記録媒体に打ち込まれてその内部に浸透する。その後、記録ヘッド８からのマゼンタインクが、打ち込まれる。これを踏まえて、以下では、シアンインクを吐出する記録ヘッド７を「先行シアンヘッド」、マゼンタインクを吐出する記録ヘッド８を「後続マゼンタヘッド」とも言う。また、先行して打ち込まれるシアンインクを「先行シアン」、後続の打ち込み順であるマゼンタインクを「後続マゼンタ」とも言う。本実施形態では、先行シアンと、後続マゼンタとの吐出時間差は、（先行シアンヘッド７と後続マゼンタヘッドとの間隔）／（搬送速度）＝０．０２［ｍ］／５［ｍ／ｓ］＝４［ｍｓ］である。

本実施形態の記録順序では、常に、先行シアン、後続マゼンタの順で打ち込まれるので、従来技術による記録では、シアンの発色の強いブルーとなってしまい、再現可能な色再現域がシアン側に広く、マゼンタ側に狭い歪んだ色再現域となる。

これに対し、本発明の一実施形態は、このような複数のインクが重ねて打ち込まれたときの発色を、その打ち込み順序に係わらず制御する。これにより、発色の偏りによる上記のような色域が歪んだ色再現を防止するだけでなく、あえて発色の偏りを生じさせることも可能となる。

＜理想状態＞
先ず、本発明者等は、色域に歪みがない色再現を可能とする理想的なインクの浸透ないし浸透領域について考察した。

本実施形態のフルライン記録方式とは異なるシリアル記録方式によって往復双方向でドットを記録する場合について説明する。この往復双方向の記録では、図３（ａ）および（ｂ）に示すような、インクの浸透が行われ、あるいは浸透領域が形成される。そして、図３（ｂ）に示すように、マクロ的に色域に歪みがない色再現が可能となる。すなわち、往、復走査でインクの重なり順序が異なることに起因して、図３（ａ）に示す２種類の浸透状態が生じ、先行マゼンタ１０４と後続シアン１０３によるマゼンタの発色の強いブルードット（図中、左）と、先行シアン１０５と後続マゼンタ１０６によるシアンの発色の強いドット（図中、右）が形成される。そして、記録制御では、これらのドットを略同数混在させるようにする。この記録によって、紙面上には、図３（ｂ）に示すように、シアンの発色の強いドット（左上、右下）と、マゼンタの発色の強いドット（右上、左下）とが同数混在し、結果的にマクロ的には歪みのない色再現域が実現される。しかし、記録画像において、ドットがまばらに記録される、例えばハイライト部では、ミクロ的には、マゼンタの発色の強いブルードット（右上、左下）と、シアンの発色の強いブルードット（左上、右下）との両方が認識されてしまい、色ずれの問題が生じる。

このミクロに見た場合の色ずれの問題を避けるには、シアンとマゼンタとをよく混合（混色）した状態で浸透させることが望ましい。このシアンとマゼンタとをよく混合（混色）した状態で浸透させる理想の浸透領域が実現できれば、ハイライト部をミクロ的に観察したとしても、ブルーのドットが見えるだけとなり色ずれが認識されなくなる。

図４は、このような理想的な状態で記録した場合の浸透領域を模式的に示す図である。なお、本実施形態は、上述したように、記録ヘッドの配列順序の関係から先行シアンと後続マゼンタの組み合わせのみ存在するが、以下では、先行マゼンタと後続シアンの組み合わせについても論じる。他の実施形態として後述するシリアルタイプの記録装置に本発明を適用した形態では、これら２つの組み合わせが存在する。

図４（ａ）の左側は、先行マゼンタ１１３と後続シアン１１２による浸透領域を表している。また、図４（ａ）の右側は、先行シアン１１４と後続マゼンタ１１５による浸透領域を表している。これら図が示す状態は、図３（ａ）に示した例とは異なり、先行マゼンタ１１３と後続シアン１１２が、また、先行シアン１１４と後続シアン１１５が、いずれの浸透領域でも同じようにシアンインクとマゼンタインクとが混合した状態で浸透したものとなっている。

このような理想の浸透状態を得るには、記録媒体の紙面へのインクの浸透プロセスが、紙面内にシアンインクとマゼンタインクとが十分に混合した状態で浸透するようにする必要があることがわかる。しかし、図３（ａ）および（ｂ）に示す例では、本実施形態のような先行シアン、後続マゼンタの打ち込み順序では、先行シアンが紙面上層に定着する一方で、後続マゼンタは紙面下層に深く浸透することから、先行のシアンの発色が強くなる。

これに対し、本発明の一実施形態は、先行シアンと後続マゼンタの浸透とを制御することにより、紙面内に、シアンインクとマゼンタインクとが十分に混合した状態で浸透するようにする。

先ず、インクの浸透について説明する。

＜インクの浸透＞
毛管からなる用紙などの記録媒体にインクを打ち込むと、発色に寄与する色材（染料や顔料）が、色材を運ぶキャリア（溶剤、水）とともに記録媒体中に浸透する。この際、色材は上層部に取り残されて定着すると共に、キャリアは記録媒体下方への浸透による拡散や蒸発によって無くなり最終的に発色に寄与する色材が定着する。色材は、紙面表層のより浅い位置に定着するほど、また多く定着するほど強く発色する。

ここで、記録媒体内の浸透速度Ｋａについては、以下の式で示すＬｕｃａｓ Ｗａｓｈｂｕｒｎの式（毛管浸透の式）で表すことができる。

さらに本発明者等は、先行インクおよび後続インクのインク浸透速度Ｋａを特定の相対的な関係となるよう制御することで、記録媒体におけるインクの浸透領域を理想状態に近づけることができることを見出した。

以下では、一形態としてインク浸透速度Ｋａをインクの温度Ｔを介して制御する。そして、先行ドットと後続ドットのインク浸透速度Ｋａの相対関係を制御して浸透領域の状態を定め発色を定める。

先ず、インクの温度Ｔを制御因子としたインク浸透速度Ｋａの制御について説明する。

＜インクの浸透速度の温度依存＞
上記数１よれば、浸透速度Ｋａは、粘度ηと、表面張力γとに依存しており、従ってその比率（γ／η）に依存する。そこで、本発明者等は、先ず、粘度ηの温度依存性について調べた。図５は、インク温度を変えたときの、粘度η［ｍＰａ・ｓ］の変化を示す線図である。図５に示すように、温度Ｔ＝２５［℃］では、η＝３．０［ｍＰａ・ｓ］であるが、Ｔ＝３０［℃］では、η＝２．５、Ｔ＝４１［℃］では、η＝１．８、Ｔ＝６０［℃］では、η＝１．３となり、インク温度が上がるにつれて粘度が低くなる。粘度ηは、Ｔ＝２５［℃］〜４１［℃］までは、顕著に減少し、Ｔ＝４１［℃］を超えたあたりから、減少の割合が緩やかになっている。

次に、表面張力γの温度依存性について調べた。図６は、インク温度を変えたときの、表面張力γ［ｍＮ／ｍ］の変化を示す線図である。図６に示すように、温度Ｔ＝２５［℃］では、表面張力γ＝３２．０［ｍＮ／ｍ］である。Ｔ＝３０［℃］では、γ＝３１．９、Ｔ＝４１［℃］では、γ＝３０．８、Ｔ＝６０［℃］では、γ＝２７．３と、粘度ほどではないがインク温度が上がるにつれて小さくなる。表面張力γは、Ｔ＝２５［℃］〜４１［℃］までは、比較的緩やかに減少し、Ｔ＝４１［℃］を超えたあたりから、減少の傾きが大きくなっている。

以上のようにインク温度に応じて求められる粘度ηと表面張力γの物性値を用いて、インクの浸透速度Ｋａ[ｍｌ／ｍ²(ｍｓ)^1/2]を計算することができる。

図７は、インク温度を変えたときのインクの浸透速度Ｋａ[ｍｌ／ｍ²(ｍｓ)^1/2]の変化を示す線図である。図７に示すように、温度Ｔ＝２５［℃］では、インクの浸透速度Ｋａ＝２．５[ｍｌ／ｍ²(ｍｓ)^1/2]であり、Ｔ＝３０［℃］では、Ｋａ＝２．７、Ｔ＝４１［℃］では、Ｋａ＝３．２、Ｔ＝６０［℃］では、Ｋａ＝３．５と、温度が上がるにつれてインクの浸透速度Ｋａは速くなっている。

表１は、以上説明した、インク温度を変えたときの、インクの粘度η［ｍＰａ・ｓ］、表面張力γ［ｍＮ／ｍ］、インクの浸透速度Ｋａ[ｍｌ／ｍ²(ｍｓ)^1/2]を示している。

以上のようにインク温度に依存して求められる、インクの記録媒体に対する浸透速度Ｋａの下でのインク浸透ないしその領域について次に説明する。

＜インクの温度と浸透領域＞
図８（ａ）〜(ｄ)は、インク温度を変えたときの、記録媒体におけるインクの浸透領域を模式的に示す断面図である。

図８（ａ）は、インクの温度が常温であるＴ＝２５［℃］の浸透速度Ｋａ＝２．５[ｍｌ／ｍ²(ｍｓ)^1/2]であるときの、インクの浸透領域１１７を示している。

図８（ｂ）は、インクの温度を上げ、Ｔ＝３０［℃］のときのインクの浸透領域１１８を示している。図７あるいは表１から、Ｔ＝３０［℃］ではＫａ＝２．７[ｍｌ／ｍ²(ｍｓ)^1/2]であり、Ｔ＝２５［℃］のときの１．０８倍となる。これに応じて、単位時間に浸透する深さｌはＴ＝２５のときの１．０８倍となる。そして、この浸透速度Ｋａで略等方的にインクが拡がるので、インクが浸透する領域の体積は、(１．０８)³＝１．２６倍となり増加する。一方で、インク温度を変化させても、浸透によって記録媒体内に含まれる液体量（浸透量）は略変化しないので、浸透速度の増加にともなってインクの記録媒体内の毛管の占有率は減少する。Ｔ＝２５［℃］のときのインクによる記録媒体内の毛管の占有率を１００％とすると、Ｔ＝３０［℃］では、１／１．２６＝８０％のる占有率となる。

同様にＴ＝４１［℃］では、浸透速度ＫａはＴ＝２５［℃］のときの１．２６倍となるので、インクが浸透する部分の体積は(１．２６)³＝２．０倍で、記録媒体内の毛管占有率ｐは５０％となる。従って、Ｔ＝４１［℃］での浸透領域１２１は、図８（ｃ）に示すものとなる。図８（ｃ）より、浸透体積が図８（ａ）に示すＴ＝２５［℃］のときに比べて、２倍程度になっており、さらに、図８（ｃ）において「（黒塗りの三角形）」で模式的に記されている、毛管がインクによって占有されている領域も体積比で半分程度になっていることを示している。

Ｔ＝６０［℃］では、浸透速度ＫａはＴ＝２５［℃］のときの１．４倍、インク浸透体積は(１．４)³＝２．７４倍、毛管占有率ｐは３６％となる。すなわち、Ｔ＝６０［℃］での浸透領域１２３は、図８（ｄ）に示すものとなる。

本発明の一実施形態は、以上説明したインクの温度Ｔに基づく、先行シアンと後続マゼンタのインクの浸透速度Ｋａの関係、および記録媒体内の毛管占有率ｐの関係（大小関係）を定める。これにより、先行シアンと後続マゼンタによる記録がなされる際の浸透領域を制御し、それによって、重ねて打ち込まれたインクによって実現される色の発色を制御するものである。

図９（ａ）〜（ｆ）は、本発明の一実施形態に係る、先行シアンと後続マゼンタのインク温度制御による浸透状態の制御によって発色を定めるいくつかの実施例を説明する図である。

＜例１．先行インクの径と後続インクの径が同じになる場合＞
例１は、ミクロな領域での蒸発が無視できるものとして、先行シアンと後続マゼンタによる浸透について、色再現域の歪みのない発色を実現する例に関するものである。

図９（ｃ）は、本例１の先行インクドットの浸透領域と、後続インクドットの着弾（打ち込み）の状態を示している。ここでは、先行シアンの記録ヘッド７から吐出されるインクの温度Ｔｃが４１［℃］となるように、温度センサ３１からの読み取り温度に基づいてサブヒータ３５によるフィードバック温度制御を行う。このようにインクの温度を上げることにより、Ｔｃ＝２５［℃］のときの浸透領域１１７（図８（ａ））に比べて、浸透領域１２１の体積Ｖｃを２倍とし、インクの紙面内の毛管占有率Ｐｃ＝５０％としている。

この図９（ｃ）に示す浸透状態に対して、後続マゼンタ１１６が打ち込まれる。ここで、後続マゼンタの記録ヘッド８から吐出されるインク温度Ｔｍが２５［℃］となるように制御している。ここで、既に先行シアンが浸透した記録媒体の領域が吸収可能なインク量は、インク温度が２５［℃］のときに対して、先行シアンの浸透領域の体積（２．０倍）のうちの５０％（０．５）であるから、２．０×０．５＝１．０倍である。すなわち、インク温度が２５［℃］であれば、その温度のときの浸透状態そのものとなることができ、マゼンタインクの温度Ｔｍを２５［℃］に制御する。これにより、先行シアンの浸透領域Ｖｃと重なる領域の毛管の隙間領域５０％に後続マゼンタを浸透させることができる。この結果、後続マゼンタの浸透状態は、図９（ｄ）に示すものとなる。図９（ｄ）に示すように、「（黒塗りの三角形）」で示される先行シアンによる浸透領域と、「（黒塗りの丸）」で示される後続マゼンタによる浸透領域とが半々で混在して存在する浸透領域１２２が実現されている。

このようにして実現された先行シアンと後続マゼンタが半々に混在して存在する浸透領域１２２は、既に説明した理想の浸透領域そのものとなるので、カラーインク液滴の打ち込み順に起因する色再現域の歪みの発生を抑えられる。

以上の例１の条件をまとめると、先行インクの浸透速度Ｋａｐと、後続インクの浸透速度Ｋａｎとの間に、Ｋａｐ＞Ｋａｎで、かつ、Ｋａｐ＝２^1/3（Ｋａｎ）なる関係があるとき、上記のような先行インクと後続インクが混合して記録される、色味の変動がない記録を行うことができる。

＜例２．先行インクの径が、後続インクの径より大きくなる場合＞
例２は、紙面への最終的な浸透領域として、先行シアンと後続マゼンタが混在する領域の他に、先行シアンだけの浸透領域がある浸透状態を実現する例に関するものである。

ここでは、先行シアンの記録ヘッド７から吐出されるインクの温度Ｔｃが６０［℃］となるように、温度センサ３１からの読み取り温度に基づいてサブヒータ３５によるフィードバック温度制御を行う。このようにインクの温度を上げることにより、Ｔｃ＝２５［℃］のときの浸透領域１１７に比べて、図９（ｅ）に示すように、浸透領域１２３の体積Ｖｃを２．７５倍とし、インクの毛管占有率Ｐｃ＝３６％とすることができる。図８（ｄ）に示されている温度Ｔｃが６０［℃］の下での先行シアンによる浸透領域１２３は、Ｔ＝２５［℃］のときの浸透領域（図８（ａ））と比べると、浸透深さｌ＝は１．４０倍で、より深く浸透する。一方で、インクの毛管占有率が下がっている。この先行シアンの浸透領域１２３で、さらに吸収可能なインク量は、Ｔｃ＝２５［℃］のときの浸透領域に対して、２．７５×（１−０．３６）＝１．７５倍である。すなわち、温度Ｔ＝２５［℃］のインクであれば、１．７５倍の量のインクを吸収することができる。この先行シアンによる浸透領域１２３に対して、後続マゼンタ１１６が打ち込まれる。ここで、後続マゼンタの記録ヘッド８から吐出されるインクの温度Ｔｍが２５［℃］となるように制御する。これにより、図９（ｆ）に示すように、先行シアンの浸透領域１２３の一部の占有されていない６４％の毛管を通して、後続マゼンタは広がり、先行シアンと後続マゼンタが混在する浸透領域１２４が生じる。さらにその混在領域１２４を取り囲むように、先行シアンだけの浸透領域１２５が残る。シアンとマゼンタが混在する浸透領域１２４ではシアンが３６％、マゼンタが６４％となることから、マゼンタの発色の強いブルーとなり、シアンだけの浸透領域１２５はシアン色となる。すなわち、図９（ｆ）に示すように、「（黒塗りの三角形）」で示される先行シアンによる浸透領域３６％と、「（黒塗りの丸）」で示される後続マゼンタによる浸透領域６４％とが混在して存在する浸透領域１２４と、シアンだけの浸透領域１２５が実現されている。この場合は、先行シアンと後続マゼンタからなる組み合わせにも関わらず、マクロにみると、マゼンタの発色の強いブルーを発色することになる。

以上の例２をまとめると、先行インクの浸透速度Ｋａｐと、後続インクの浸透速度Ｋａｎとの間に、Ｋａｐ＞Ｋａｎなる関係がある場合は、上記のように先行インクと後続インクが混合して記録される理想状態となる領域を実現することができる。加えて、Ｋａｐ＞２^1/3（Ｋａｎ）なる関係がある場合には、上記の理想状態の浸透領域以外に、後続インクの発色が優勢となる浸透領域が形成される。

＜例３．後続インクの径が、先行インクの径より大きくなる場合＞
例３は、紙面への最終的な浸透領域として、先行シアンと後続マゼンタが混在する領域の他に、後続マゼンタだけの浸透領域がある浸透状態を実現する例に関するものである。本例では、先行シアンの記録ヘッド７から吐出されるインクの温度Ｔｃが３０［℃］となるように温度制御を行う。このようにインクの温度を上げることで、Ｔｃ＝２５［℃］のときの浸透領域１１７（図８（ａ））に比べて、浸透領域１１８の体積Ｖｃが１．２６倍となり、インクの毛管占有率Ｐｃ＝８０％となる。図９（ａ）は、このときの先行シアンインクの浸透と次に打ち込まれる後続マゼンタの着弾の様子を示している。

この浸透状態に対して、後続マゼンタを打ち込むとき、先行シアンの浸透領域１１８で、さらに吸収可能なインク量は、インク温度が２５［℃］のときに対して、１．２６×（１−０．８）＝０．２６倍であり、温度Ｔ＝２５［℃］のインクであれば、０．２６倍の量のインクを吸収することができる。

図９（ｂ）は、この先行シアンによる浸透領域に対して、後続マゼンタ１１６が打ち込まれたときの浸透状態を示している。ここで、後続マゼンタの記録ヘッド８から吐出されるインクの温度Ｔｍが２５［℃］となるように制御する。これにより、先行シアンの浸透領域１１８の一部の占有されていない２０％の毛管を通して、後続マゼンタは拡がり、先行シアンと後続マゼンタが混在する浸透領域１１９を生させることができる。されに先行シアンによる浸透領域による領域を超えて、その混在領域１１９を取り囲むように、後続マゼンタだけの浸透領域１２０が形成される。シアンとマゼンタが混在する浸透領域１１９では、シアンが８０％、マゼンタが２０％となることから、シアンの発色の強いブルーとなり、マゼンタだけの浸透領域１２０はマゼンタ色となる。この場合は、先行シアンと後続マゼンタとの組み合わせで、従来とは異なる浸透プロセスによって、従来と同様のシアンの発色の強いブルーを実現することができる。図９（ｂ）に示すように、「（黒塗りの三角形）」で示される先行シアンによる浸透領域８０％と、「（黒塗りの丸）」で示される後続マゼンタによる浸透領域２０％とが混在して存在する浸透領域１１９が実現されていることがわかる。さらにマゼンタだけの浸透領域１２０が実現されている。

以上の例３をまとめると、Ｋａｐ＞Ｋａｎなる関係がある場合には、上記のように先行インクと後続インクが混合して記録される領域を実現することができる。加えて、Ｋａｐ＜２^1/3（Ｋａｎ）なる関係がある場合には、上記の混合状態の浸透領域以外に、先行インクの発色が優勢となる浸透領域が作られる。

なお、以上では、このミクロな領域での蒸発が無視できるものとして考えたが、これが無視できない場合には、蒸発を考慮して浸透速度Ｋａを設定することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係るインクの浸透速度Ｋａの制御は、ペルチェ素子を使用してインク温度を制御する形態に関するものである。なお、本実施形態の説明で、上記第１実施の実施形態と同様の構成については、同一符号を付して、その詳細説明を省略する。

＜冷却による浸透速度Ｋａの制御＞
図１０は、本実施形態におけるピエゾ素子と、ペルチェ素子を使った制御部の構成を示すブロック図である。シアンインクの記録ヘッド７には、インク吐出に必要な力学的エネルギーを付与するためのピエゾ素子３９が設けられている。同様に、マゼンタインクの記録ヘッド８には，ピエゾ素子４０が、イエローインクの記録ヘッド９には，ピエゾ素子４１が、ブラックインクの記録ヘッド１０には、ピエゾ素子４２が、それぞれ設けられている。この他、記録ヘッド内のインクを加温または冷却するためのペルチェ素子（４３，４４，４５，４６）が設けられている。各記録ヘッド（７，８，９，１０）には、温度をそれぞれ検出する温度センサ（３１，３２，３３，３４）が設けられている。なお、このペルチェ素子とは、周知のように、薄い金属に２種類の半導体を接合し、これに電流を流した場合に、一方の半導体から他方へ熱が移動するというペルチェ効果を利用した素子である。電流を流す方向を変えることで、発熱と冷却とを切り替えることができる。

本実施形態は、このペルチェ素子を使用して先行および後続のインクの温度Ｔをそれぞれ調整することができる。ここで、先行インクの浸透速度Ｋａ^Pと、後続インクの浸透速度Ｋａ^Nとの間に、Ｋａｐ＞Ｋａｎで、かつ、Ｋａｐ＝２^1/3（Ｋａｎ）なる関係が成り立つように制御する。例えば、室温が４１［℃］で、先行シアンの温度Ｔｃが４１［℃］である場合には、後続マゼンタのインクの温度Ｔｍが２５［℃］となるようにペルチェ素子によって冷却制御を行う。このようにすることで、先行インクと後続インクが混合して記録される状態を作り出すことができる。インク浸透速度Ｋａの制御を、このような冷却によって行うことにより、記録ヘッド部材として耐熱性の低い部材を使用することができ、製造コストを抑えることができる。

＜インク物性の制御による浸透速度Ｋａの制御＞
水は表面張力が高く、一般的な紙に対しては濡れにくい特性を持っている。この点から、浸透しやすくするための物質の添加が必要である。浸透速度を上げるには、紙面とインク滴との接触核を下げる効果のある非イオン系界面活性剤や、多値アルコール誘導体、一価アルコールを添加することができる。この添加材を用いてそれぞれのインクの粘度ηや、表面張力γをコントロールしたインクを作成して用いることができる。先行インクの浸透速度Ｋａｐと、後続インクの浸透速度Ｋａｎとの間に、Ｋａｐ＞Ｋａｎで、かつ、Ｋａｐ＝２^1/3（Ｋａｎ）なる関係が成り立つように調整を行えばよい。このようにインク物性によって、制御をおこなうことにより、記録素子側での温度制御が不要となり、より簡易な構成で実施することが可能となる。すなわち、記録ヘッドユニット内のインクの物性値を操作してインクの浸透速度を制御してもよい。

（実施形態の変形例）
上記説明した実施形態では、フルラインヘッドを用い、温度センサ（３１，３２，３３，３４）からの温度を元にフィードバックする方式について述べた。すなわち、サブヒータ（３５，３６，３７，３８）によって、インク温度を維持し、更にヘッドヒータ（２７，２８，２９，３０）を駆動して熱エネルギーの印加によってインク液滴を吐出させるサーマルインクジェット方式である。しかしながら、本発明を実施するにあたって、その他の方式を用いてもよい。

＜記録方式について＞
上記実施形態では、ラインヘッドを用いる構成について述べたが、シリアル記録する記録装置にで、往路または復路のみで記録を行う片方向記録を行う場合にも適用することができる。あるいは、双方向記録においてもそれぞれの記録においてインク温度を制御することにより、例えば、往復走査間で色味の違いのない記録を行うことができる。

＜色数について＞
また、上記実施形態では、複数の記録ヘッドとして４個の記録ヘッドを使用したものについて述べたが、必ずしもこれに限定するものではなく、２個、３個、あるいは５個以上の記録ヘッドを使用したものであってもよい。また、インクの種類としても、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの４色以外に、ブラックを除く３色や、さらに、５色以上のカラーインクを使用するものや、複数種類のブラックインクを使用するものであってもよい。

＜記録素子について＞
このように記録ヘッドの構成としては、熱エネルギーの印加によってインク液滴を吐出させるサーマルインクジェットのほか、ピエゾ素子によるピエゾジェットなどを用いることもできる。この場合には、吐出のためのピエゾ素子に加えて、インクを加温するためのヒーターを設けて温度制御することができる。

＜吐出されるインクの温度制御方法について＞
上記実施形態では、フィードバックして温度制御する系について述べたが、温度制御に用いる制御方法はこれの限られるものでなく、公知の手法を用いることができる。例えば、ヘッド部材や、インクの熱容量を考慮し、調整するなどして、記録ヘッドの温度が、自己平衡的に温度制御を行ったりしてもよい。このようにすることで、センサや、サブヒータなどのフィードバックループを構成するために必要な部品が不要となり、より簡易なものとすることができる。

なお、ここで用いる自己平衡型の記録ヘッドとして、以下で説明するような構成の断熱型の記録ヘッド（断熱ヘッド）を使用することができる。

図１１は、本発明の一実施形態に係る記録ヘッドの概略構成を示す模式的断面図である。

先ず、図１１を用いて本実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの構造の概略を説明する。本実施形態の記録ヘッドは、下方に向かってインクを吐出する形態であり、同じ色のインク滴を吐出するための吐出口を列状に配した吐出口列をそれぞれ２列備えた２枚の記録素子基板７１が支持板７２の下面に千鳥配列で搭載されている。支持板７２には、各記録素子基板の吐出口列にインクを供給するための個別インク供給路７７が記録素子基板毎に形成されている。この支持板７２には、熱膨張係数が低く適度な熱伝導率を有する、例えばアルミナ（熱伝導率：３２Ｗ／ｍＫ）等のセラミック系材料を用いるのが一般的である。支持板７２の上面には板状部材で形成された断熱部７４が接着固定されており、個別インク供給路７７にインクを供給するための連通口が記録素子基板毎に形成されている。他の色のインクを吐出するための記録ヘッドも同様の構造となっている。すなわち、インクを吐出するための吐出口を複数備える複数の記録素子基板が支持部材に支持され、かつ共通のインクの流路と連通するように設けられており、ここで、支持部材は複数の記録素子基板同士のインクを熱移動媒体とする熱の移動に対して断熱的な作用をする材料で形成されている。

断熱部７４には、熱膨張係数が支持板７２とほぼ同じで熱伝導率が支持板７２よりも低い、例えば熱可塑性プラスチック（樹脂）であるＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド、熱伝導率：１７Ｗ／ｍＫ）等の材料を用いる。断熱部７４の上面には、インクを負圧状態で貯留するための共通液室７８が形成され、インク漏れしないよう密着固定されている。

次に、各記録素子基板へのインク供給順路について説明する。インク導入口７６から記録ヘッドに導入されたインクは、共通液室７８の中を記録ヘッドの長手方向（記録素子基板の配列方向）に流動しながら断熱部７４に形成された連通口に順次流入する。さらに、インクは、個別インク供給路７７を経て奇数列の記録素子基板７１の吐出口列７３にそれぞれ供給される。偶数列の記録素子基板７１へのインク供給順路も同様である。

次に、インクの吐出に伴って記録素子基板７１に発生する熱の伝播経路について説明する。インクの吐出のために記録素子基板７１に投入される電力から吐出したインク滴が記録ヘッド外へ持ち出す熱とインク滴の吐出の運動エネルギーとを差し引いた残量が記録素子基板７１に発生する熱となる。さらに、記録素子基板７１から空気への放熱分を差し引いた熱が支持板７２へと伝播する。ここで、共通液室７８のインクの流動により熱伝達係数が上がったとしても、熱抵抗の高い断熱部７４を介して共通液室７８のインクに伝わる割合は小さくなっている。そのため、支持板７２内に蓄積された熱は、主には個別インク供給路７７を流れるインクに吸熱されるか、あるいは支持板７２の側面から大気に放熱される。従って、記録が高速化して発熱が増大しても、本実施形態で、共通液室７８を流動するインクを媒介して上流側の記録素子基板の発熱が下流側の記録素子基板に輸送される熱量は、従来型インクジェット記録ヘッドに比べて大幅に抑えることが可能である。

７〜１０ 記録ヘッド
２１ ＣＰＵ
２２ ＲＯＭ
２３ ＲＡＭ
３１，３２，３３，３４ 温度センサ
３５，３６，３７，３８ サブヒータ
４３，４４，４５，４６ ペルチェ素子

Claims (24)

1. インクジェット記録装置であって、
   少なくとも第１の色のインクと前記第１の色のインクと色の異なる第２の色のインクとを記録媒体に吐出するための記録ヘッドユニットと、
   記録媒体に前記第１の色のインクを先行して記録し、前記第２の色のインクを後続して先行して記録された記録媒体上の前記第１の色のインクに重ねて記録する記録制御手段と、
   を具え、前記記録制御手段は、前記第１の色のインクの記録媒体への浸透速度Ｋａが前記第２の色のインクの前記記録媒体への浸透速度Ｋａより大きくなるように前記記録ヘッドユニットを制御することを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記記録制御手段は、前記記録ヘッドユニットを制御することにより記録媒体に対する、前記浸透速度Ｋａによる記録媒体中のインクが浸透した部分の体積である浸透体積と、インクの浸透量と、によって定まる前記第１の色のインクと第２の色のインクとの記録媒体における毛管占有率を変化させることが可能であるように設けら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装置。
3. 前記記録制御手段は、前記第１の色のインクの前記毛管占有率より前記第２の色のインクの前記毛管占有率の方が大きくなるように前記記録ヘッドユニットを制御す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装置。
4. 前記記録制御手段は、前記第２の色のインクの前記毛管占有率より前記第１の色のインクの前記毛管占有率の方が大きくなるように前記記録ヘッドユニットを制御す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装置。
5. 前記記録制御手段は前記記録ヘッドユニット内のインクの物性値を操作することによって前記第１の色のインクの記録媒体への浸透速度Ｋａが前記第２の色のインクの前記記録媒体への浸透速度Ｋａより大きくなるようにすることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
6. 前記記録ヘッドユニット内のインクの温度を制御することによって前記第１の色のインクの記録媒体への浸透速度Ｋａが前記第２の色のインクの前記記録媒体への浸透速度Ｋａより大きくなるようにすることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
7. 前記インクの温度の制御にペルチェ素子を用い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. 前記記録ヘッドユニットは前記第１の色のインクを吐出するための第１の記録ヘッドと、前記第２の色のインクを吐出するための第２の記録ヘッドとを含み、前記第１、２の記録ヘッドそれぞれにおいて、インクを吐出するための吐出口を複数備える複数の記録素子基板が支持部材に支持され、かつ共通のインクの流路と連通するように設けられており、ここで、前記支持部材は前記複数の記録素子基板同士の前記インクを熱移動媒体とする熱の移動に対して断熱的な作用をする材料で形成されてい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。
9. 前記記録ヘッドユニットは、記録媒体の搬送方向に所定の間隔を開けて配置されたｎ（ｎ≧２）個の記録ヘッドを有し、前記記録制御手段は、前記ｎ個の記録ヘッドから順次それぞれ異なる色のインクを吐出して記録媒体への記録を行うように前記記録ヘッドユニットを制御することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
10. 前記記録制御手段は、前記第１の色のインクの前記毛管占有率と前記第２の色のインクの前記毛管占有率とが等しくなるように前記記録ヘッドを制御することを特徴とする請求項２ないし９のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
11. 前記支持部材は熱可塑性の樹脂で形成されていることを特徴とする請求項８ないし１０のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
12. 前記記録媒体を搬送する搬送ユニットをさらに有し、前記搬送ユニットによって搬送される記録媒体の固定された前記記録ヘッドユニットに対する１回の通過によって前記記録媒体の所定領域に記録が行なわれることを特徴とする請求項９ないし１１のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
13. インクジェット記録方法であって、
    少なくとも第１の色のインクと前記第１の色のインクと色の異なる第２の色のインクとを記録媒体に吐出するための記録ヘッドユニットを用意する工程と、
    記録媒体に前記第１の色のインクを先行して記録し、前記第２の色のインクを後続して先行して記録された記録媒体上の前記第１の色のインクに重ねて記録するための記録制御工程と、
    を有し、前記記録制御工程は、前記第１の色のインクの記録媒体への浸透速度Ｋａが前記第２の色のインクの前記記録媒体への浸透速度Ｋａより大きくなるように前記記録ヘッドユニットを制御することを特徴とするインクジェット記録方法。
14. 前記記録制御工程は、前記記録ヘッドユニットを制御することにより記録媒体に対する、前記浸透速度Ｋａによる記録媒体中のインクが浸透した部分の体積である浸透体積と、インクの浸透量と、によって定まる前記第１の色のインクと第２の色のインクとの記録媒体における毛管占有率を変化させることが可能であるように設けられている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方法。
15. 前記記録制御工程は、前記第１の色のインクの前記毛管占有率より前記第２の色のインクの前記毛管占有率の方が大きくなるように前記記録ヘッドユニットを制御する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方法。
16. 前記記録制御工程は、前記第２の色のインクの前記毛管占有率より前記第１の色のインクの前記毛管占有率の方が大きくなるように前記記録ヘッドユニットを制御する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方法。
17. 前記記録制御工程は前記記録ヘッドユニット内のインクの物性値を操作することによって前記第１の色のインクの記録媒体への浸透速度Ｋａが前記第２の色のインクの前記記録媒体への浸透速度Ｋａより大きくなるようにすることを特徴とする請求項１３ないし１６のいずれか１項に記載のインクジェット記録方法。
18. 前記記録ヘッドユニット内のインクの温度を制御することによって前記第１の色のインクの記録媒体への浸透速度Ｋａが前記第２の色のインクの前記記録媒体への浸透速度Ｋａより大きくなるようにすることを特徴とする請求項１３ないし１７のいずれか１項に記載のインクジェット記録方法。
19. 前記インクの温度の制御にペルチェ素子を用いることを特徴とする請求項１８に記載のインクジェット記録方法。
20. 前記記録ヘッドユニットは前記第１の色のインクを吐出するための第１の記録ヘッドと、前記第２の色のインクを吐出するための第２の記録ヘッドとを含み、前記第１、２の記録ヘッドそれぞれにおいて、インクを吐出するための吐出口を複数備える複数の記録素子基板が支持部材に支持され、かつ共通のインクの流路と連通するように設けられており、ここで、前記支持部材は前記複数の記録素子基板同士の前記インクを熱移動媒体とする熱の移動に対して断熱的な作用をする材料で形成されていることを特徴とする請求項１８に記載のインクジェット記録方法。
21. 前記記録ヘッドユニットは、記録媒体の搬送方向に所定の間隔を開けて配置されたｎ（ｎ≧２）個の記録ヘッドを有し、前記記録制御工程は、前記ｎ個の記録ヘッドから順次それぞれ異なる色のインクを吐出して記録媒体への記録を行うように前記記録ヘッドユニットを制御することを特徴とする請求項１３ないし２０のいずれか１項に記載のインクジェット記録方法。
22. 前記記録制御工程は、前記第１の色のインクの前記毛管占有率と前記第２の色のインクの前記毛管占有率とが等しくなるように前記記録ヘッドを制御することを特徴とする請求項１４ないし２１のいずれか１項に記載のインクジェット記録方法。
23. 前記支持部材は熱可塑性の樹脂で形成されていることを特徴とする請求項２０ないし２２のいずれか１項に記載のインクジェット記録方法。
24. 前記記録媒体を搬送する搬送ユニットをさらに有し、前記搬送ユニットによって搬送される記録媒体の固定された前記記録ヘッドユニットに対する１回の通過によって前記記録媒体の所定領域に記録が行なわれることを特徴とする請求項２１ないし２３のいずれか１項に記載のインクジェット記録方法。

Images