JP3445064B2 - 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

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気信号の入力に
より記録媒体に向けて記録液を吐出するインクジェット
記録ヘッド、並びにインクジェット記録ヘッドを用い、
記録媒体に文字やイメージ画像等の記録を行なうインク
ジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】 インクジェット記録装置は、その大部
分がプリンタ、ファクシミリ、ワープロ、複写機等にお
けるプリント装置として知られており、中でもインク吐
出に利用されるエネルギーとして熱エネルギーを用い、
これによって生じる気泡によってインクを吐出する方式
のインクジェット記録装置は最近普及しつつある。

【０００３】また、この方式のインクジェット記録装置
の他の用途として、布に一定のパターンや絵柄あるいは
合成画像等をプリントするインクジェット捺染装置にも
最近利用されつつある。

【０００４】上述のようなインクジェット記録装置で用
いられるインクジェットヘッドでは、熱エネルギーを発
生するものとして電気熱変換素子（以下、「ヒータ」と
も言う。）を用いるが、多くの場合、１つの吐出口に対
応して、１つのヒータを備える構成を採用している。こ
れに対し、以下に示すような観点から１つの吐出口に対
応して複数のヒータを備えるものも従来より知られてい
る。

【０００５】すなわち、第１にはインクジェットヘッド
の寿命を長くする目的で複数のヒータを交互にもしくは
一方ずつ駆動するものが知られている。第２には、イン
ク吐出量を変化させる範囲を大きくする目的で複数のヒ
ータを用いるものであり、この場合では、駆動するヒー
タ（即ち、発熱させるヒータ）やその数を選択すること
によって吐出量を変化させている。

【０００６】後者の場合、より具体的な構成としては、
インクジェットヘッドの吐出口に連通する液流路におい
てインク吐出方向に複数のヒータを配置し、駆動するヒ
ータまたはその数を選択することによって、吐出口と駆
動されるヒータの中心との距離を異ならせ、これにより
吐出量を変化させるものが知られている。

【０００７】また、他の構成としては、液流路にそれぞ
れ表面積の異なる複数のヒータを配置し、上記と同様、
駆動するヒータまたはその数を変更することによりイン
ク吐出量を可変とするものが知られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、吐出量
を可変とするインクジェット記録装置を実現化するに
は、いくつかの問題点がある。

【０００９】１つの問題点は、小さい吐出量のインクを
吐出させる場合、吐出パワーの小さい、すなわちヒータ
面積の小さいヒータで発泡させるため、吐出量だけでな
く吐出速度も小さくなるということである。特に重要な
こととしては吐出回復処理の一環として行なわれる、い
わゆる予備吐出に関して問題を生じる場合がある。

【００１０】すなわち、予備吐出とは、一般に装置の所
定の場所でインクジェットヘッドから記録に関与しない
インクの吐出を行なうものであり、これにより、インク
ジェットヘッド内の増粘インク等を除去しインク吐出状
態を良好に保つことができる。このような予備吐出は、
通常、装置の電源をオンした直後や印字中に一定時間間
隔で行なわれる。

【００１１】ところが、小吐出量設定で印字を行なう場
合には、予備吐出の間隔を短くする必要がある。すなわ
ち、あまり長い間隔をおくと、小吐出インク滴のパワー
が小さい為に、吐出口部の水分の蒸発によるインクの増
粘の具合によってはその増粘インクを安定しては吐出で
きなくなる恐れがある。特に印字中に一定時間間隔で行
なわれる予備吐出の間隔は短くする必要を生じ、印字の
スループットも低下することになる。

【００１２】また、その他の問題点として、小吐出量設
定で印字を行なう場合、解像度が高くなるため画像デー
タ量が多くなり、印字ドットが増えるため、吐出の繰り
返し周波数が高くならないと印字速度を速く出来ない。

【００１３】上述した問題点は、インクの種類によって
も非常に大きな影響を受ける。

【００１４】そこで本発明の目的は、上述した従来技術
の問題点に鑑み、１個のノズル内に複数の電気熱変換素
子を設けたインクジェット記録ヘッドにおいて、比較的
簡易な構成で、ヘッドの使用目的又は使用状況に最適な
吐出条件で、特に吐出量を可変する吐出（記録）を行な
うことが可能になる、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を提供することにある。

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に 本発明は、吐出口に連通するインク流路内に配された
複数の電気熱変換素子を有し、そのうち２個の電気熱変
換素子はそれぞれ前記吐出口から前記電気熱変換素子ま
での距離を異ならせて配置され、前記２個の電気熱変換
素子はそれぞれ独立に駆動された場合の液滴の吐出量が
ほぼ同じであるインクジェット記録ヘッドを用いるイン
クジェット記録装置であって、２つの電気熱変換素子の
両方を駆動する大吐出量モードと、いずれか一方の電気
熱変換素子を駆動する小吐出量モードを有し、小吐出量
モード中に前記２個の電気熱変換素子を切り替えて駆動
する切り替え手段を有することを特徴とする。この場
合、前記小吐出量モードのうち、高速印字モードにおい
て前記切り替え手段は前記吐出口から遠い側の電気熱変
換素子を駆動し、高速印字モードよりも吐出速度が早い
吐出信頼性重視モードにおいて前記切り替え手段は前記
吐出口に近い側の電気熱変換素子を駆動することが好ま
しい。

【００１８】

【００１９】上記の各発明のインクジェット記録装置に
おいて、前記切り替え手段は前記電気熱変換素子の切り
替えに応じて電気熱変換素子の駆動周波数を変えること
が好ましい。この場合、前記切り替え手段は前記電気熱
変換素子の切り替えに応じて予備吐出の条件を変えるこ
とが好ましく、前記切り替え手段は前記電気熱変換素子
の切り替えに応じてＰＷＭテーブルを変えること、さら
には前記電気熱変換素子の切り替えに応じて吐出タイミ
ングを変えることが好ましい。また上記の各発明のイン
クジェット記録装置において、前記インク流路内に配さ
れた複数の電気熱変換素子は前記２個の電気熱変換素子
であることが好ましい。

【００２０】

【００２１】

【００２２】上記のとおりの発明は、インクの吐出口に
連通するインク流路内に配された複数の電気熱変換素子
を有し、そのうち２個の電気熱変換素子を、それぞれ吐
出口から電気熱変換素子までの距離を異ならせて配置
し、かつ、前記２個の電気熱変換素子がそれぞれ独立に
駆動された場合の液滴の吐出量をほぼ同じとしたインク
ジェット記録ヘッドであって、駆動される電気熱変換素
子を切り替えることにより、吐出速度は電気熱変換素子
の位置が吐出口に近くなるに従って大きくなり、リフィ
ル周波数は吐出速度とは逆に、電気熱変換素子の位置が
吐出口に近くになるに従って小さくなるという吐出特性
を最大限に利用して、各種情報に最適な吐出条件で吐出
を行なうことが可能になる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明は、以下に説明するヘッド
形態において記録装置としての実用化を検討した結果と
して新規な観点からなされたものである。

【００２４】まず、図１および図２を参照して本発明に
よるインクジェット記録ヘッドの構成について説明す
る。

【００２５】図１はインクジェット記録ヘッドの模式斜
視図である。この記録ヘッドはエッジシュータタイプと
呼ばれるものであり、ノズルの配列密度は３６０ＤＰＩ
となっている。

【００２６】同図に示すように、アルミニュウム等の金
属で形成された支持体４１上に、電気熱変換素子である
ヒータが複数設けられた素子基板２３が配設されてい
る。天板１０１にはインクを吐出させる吐出口であるオ
リフィス４０と、ノズル壁５で構成された、オリフィス
４０と連通するノズル用溝部とが設けられている。図１
に示すように素子基板２３と天板１０１を接合させるこ
とにより、ノズル１０４とインク室１０５が形成され
る。

【００２７】図２は図１に示した素子基板２３上のヒー
タの配置を示す模式図である。ノズル壁５の間の１個の
ノズル内には、前側ヒータ３と後側ヒータ４の２つのヒ
ータがそれぞれオリフィス４０からヒータまでの距離Ｏ
Ｈを異ならせて配置されるとともに、部分的に横並び
（基板面における吐出方向に対して垂直な方向）にされ
ている。それぞれのヒータ３，４はスルーホール２を介
してヒータの下層の層間絶縁膜下にあるコモン配線１と
接続されており、このコモン配線１より電圧が印加され
る。配線６，７は、それぞれ前側ヒータ３，後側ヒータ
４に接続されている。

【００２８】すなわち、インク室１０５からノズル１０
４にインクが供給され、ノズル１０４部分に備えたヒー
タが信号電流により発熱し、ノズル１０４内のインクを
加熱発泡させ、この発泡によりノズル１０４内のインク
をオリフィス４０から記録媒体に向けて吐出させる構成
となっている。

【００２９】次に、上述したインクジェット記録ヘッド
の吐出特性について説明する。

【００３０】図２に示すヒータとオリフイスとの距離Ｏ
Ｈは、吐出特性を左右する大きな因子である。この距離
ＯＨをある程度短く設定した範囲でパラメータとした
時、液滴の吐出量Ｖｄ（ｐｌ;ヒ゜コリットル）、吐出速度ｖ
（ｍ／ｓ）、リフィル周波数ｆr（ＫＨｚ）が以下に説
明するような特性を持つことが検討により判明した。

【００３１】ここでは、ノズル内に２つのほぼ同じ大き
さであって、長さが同一のヒータ３，４が配置されてい
るものとする。前側ヒータ、後側ヒータをそれぞれ独立
に駆動させた場合、その小液滴（小ドット）の吐出量Ｖ
ｄはそれぞれ約２０ｐｌでほぼ同じになるように設定さ
れている。また、上記の２つのヒータを同時に駆動させ
ることで約２倍であるところの約４０ｐｌの大液滴（大
ドット）の吐出量が吐出されるものとする。

【００３２】前後のヒータサイズを同一のものとした場
合、吐出口から遠い（ＯＨの長い方）の後側ヒータ４を
駆動させたほうが、図５に示すようにリフィル周波数ｆ
ｒは格段に良くなる。すなわち、メニスカスの復帰時間
が早くなるためリフィル周波数ｆrが高くなる。よっ
て、後側ヒータ４を単独で駆動させた場合、高速印字が
可能となる。しかしながら、図４に示すように吐出速度
ｖは遅くなってしまう。逆に言えば、吐出口に近い方
（ＯＨの短い方）の前側ヒータ３を単独で駆動した場
合、図４に示すように吐出速度は格段に良くなるが、そ
の反面、図５に示すようにリフィル周波数は低くなる。
このように、吐出速度とリフィル周波数は相反する関係
にあることが判明した。この際に、図３に示すように吐
出量ＶｄがＯＨ距離に対してほぼ一定であるため、この
ような吐出量Ｖｄがほぼ一定である範囲のＯＨ距離であ
れば、どのＯＨ距離を選んでも構わない。

【００３３】また、設定の仕方によっては、例えば図３
中の点Ｂ2、Ａ2のようなＯＨ距離を設定して、後側ヒー
タ４のヒータサイズを前側ヒータ３のヒータサイズより
も若干大きくする（長さを同じにして、幅を少し広くす
るのが好ましい。）ことで、それぞれのヒータを独立に
駆動した場合の吐出量をほとんど同じにすることも可能
であるし、逆に、図３中の点Ｂ1、Ａ1のようなＯＨ距離
を設定して、前側ヒータ３のヒータサイズを後側ヒータ
４に対して大きくしてもよい。このようにした場合で
も、基本的には上述したような吐出特性はあまり変わら
ないことが判っている。

【００３４】ところで、吐出口部においては水分の蒸発
に伴ってインクが増粘する。よって、しばらく吐出を行
なわないノズルでは次の吐出時に安定した吐出が行なえ
ないで吐出方向が曲がったり、不吐出となる場合があ
る。インク温度が低いとインク自身の粘度の温度依存性
のため粘度が高くなり尚更である。

【００３５】そこで、インクジェット記録装置では、印
字中に所定の時間間隔で予備吐出を非印字部に行なうこ
とで安定した吐出を維持させているが、例えば低温／低
湿環境になると予備吐出の間隔を短くする必要がある。
しかも予備吐出は所定の非印字部で行なうため時間がか
かる。よって、せっかく吐出の周波数を高くしても実質
的な印字時間が長くなってしまうことがある。また、頻
繁に行なわれると予備吐出によるインク消費もばかにな
らない。

【００３６】ここで、上述した吐出特性と並べて、ヘッ
ド本体が常温環境の場合と低温／低湿の場合におけるＯ
Ｈ距離と予備吐出間隔の関係並びに小ドットの吐出休止
直後の吐出安定領域を図６に示す。同図に示すように、
ＯＨ距離が短いと予備吐出間隔ｔを飛躍的に長くするこ
とができることが判る。このように予備吐出間隔とイン
クのリフィル周波数とは相反する関係になる。

【００３７】しかしながら、図６に示すように常温環境
ではＯＨ距離が比較的長くても、予備吐出間隔は問題に
なるほど短くはならないことが判る。

【００３８】さて、以上説明したように、本発明のヘッ
ドは１ノズル内にＯＨ距離の違うヒータが２つあり、そ
れぞれの駆動でほぼ同一の吐出量の小液滴（小ドット）
を吐出できるのであるが、駆動されるヒータによって吐
出特性がそれぞれ異なることが判った。

【００３９】そこで以下に、上述のようなヘッドの吐出
特性を最大限に利用した各種の実施の形態について説明
する。

【００４０】（第１の実施形態）図７は本発明のインク
ジェット記録ヘッドの第１の実施形態を説明するための
ブロック図である。

【００４１】この実施の形態は、本体の温度環境情報に
よって、駆動するヒータを切り替える例である。このヘ
ッドは、図７に示すように吐出量モード、印字モード、
本体内温度の検出手段（温度センサー）を備え、選択さ
れた所望のモードに従うと同時に本体内温度に応じて、
駆動されるヒータを切り替え、その切り替えたヒータに
適した条件で吐出を行なうものである。

【００４２】まず、吐出量モードについて説明する。こ
の吐出量モードとしては基本的には小吐出量モードと大
吐出量モードの２モードを有する。これらの吐出量モー
ドに従って、駆動するメインヒータは切り替わる。小吐
出量モードは、後側ヒータのみを駆動する第１の小吐出
量モードと、前側ヒータのみを駆動し、第１の小吐出量
モードでの吐出量と同じ量を吐出する第２の小吐出量モ
ードとで成る。また、大吐出量モードは前側ヒータと後
側ヒータの両方を駆動するモードである。

【００４３】次に、印字モードについて説明する。この
印字モードとしては例えば、３６０ｄｐｉの基本密度印
字モード、７２０ｄｐｉの高密度印字モード、印字の輪
郭の凹凸を滑らかにするスムージングモード、多値記録
モードなどから成る。

【００４４】基本密度印字モードでは、全てのノズルを
用いて３６０ｄｐｉの印字を大吐出量モードで行なう。
高密度印字モードでは、基本的には小吐出量モードで全
てのノズルを使って、副走査方向のインターレース印
字、つまりヘッドの走査方向に直交する記録媒体の送り
方向の印字ドットの間隔を埋める印字により、７２０×
７２０ｄｐｉの印字を行なう。スムージングモードで
は、３６０ｄｐｉの基本密度印字モードによる印字の輪
郭に対し、基本密度印字モードでの吐出量以下の吐出量
（ここでは小吐出量モード）を使用して印字の輪郭の凹
凸を滑らかにする。多値記録モードでは大吐出量モード
による大ドットと小吐出量モードによる小ドットを画素
毎に切り替える。この際にはインクのにじみ率の小さい
紙を使うことで効果的に一画素に対して３値（ドット無
し、大ドット、小ドット）の階調表現が達成できる。

【００４５】次に、所望のモードを選択した場合につい
て具体的に説明する。

【００４６】(1)．基本密度印字モードを選択したとき
は、大吐出量モードで２つのヒータの両方を駆動し（図
８（ａ）参照）、駆動周波数を６ＫＨｚで印字する。こ
の時の吐出量は黒インクを７０ｐｌ、カラーインクを４
０ｐｌと設定した。

【００４７】(2)．高密度印字モードを選択したとき
は、第１の小吐出量モードと第２の小吐出量モードのい
ずれかで行なわれる。

【００４８】第１の小吐出量モードによる場合では後側
ヒータを用いて、基本密度印字の２倍の１２ＫＨｚの駆
動周波数で高速印字を行なうことが可能になる。この動
作モードを「高速印字モード」と呼ぶ。この時の吐出量
は黒インクを３５ｐｌ、カラーインクを２０ｐｌと設定
した。また、ヘッドの走査速度は３６０ｄｐｉの基本密
度印字モードと同じである。

【００４９】第２の小吐出量モードによる場合では前側
ヒータを駆動して、高速印字モードよりやや低い８ＫＨ
ｚの駆動周波数で印字を行なう反面、高速印字モードの
場合よりも吐出速度の速い、すなわち吐出パワーの高い
印字を行なうことが可能になる。この動作モードを「吐
出信頼性重視モード」と呼ぶ。この時の吐出量は第１の
小吐出量モードでの吐出量と同じで、黒インクを３５ｐ
ｌ、カラーインクを２０ｐｌと設定した。また、ヘッド
の走査速度は高速印字モードの２／３とした。

【００５０】上述した高密度印字モードの場合の「高速
印字モード」と「吐出信頼性重視モード」の切り替え
は、検出手段（温度センサー）で監視するヘッドの温度
環境によって行なわれる（図８（ｂ）参照）。

【００５１】すなわち、ヘッドが通常環境にある場合は
「高速印字モード」で印字が行なわれる。しかし、この
高速印字モードの場合では後側ヒータを駆動するため、
ヘッドが低温／低湿環境になるとインクの増粘の影響で
図６に示したグラフからも判るように予備吐出間隔を相
当短くする必要が生じる。また、予備吐出は所定の非印
字部で行なう為に時間がかかる動作である。したがっ
て、高速印字モードでせっかく吐出の駆動周波数を高く
しても、予備吐出間隔を相当短く設定しなければならな
い為、実質的な印字時間が長くなる。しかも、予備吐出
が頻繁に行なわれるとインク消費も多大である。

【００５２】そこで本形態では、サーミスタ等のヘッド
本体内の温度センサ等によりヘッドが低温あるいは低湿
環境であることを検出すると、吐出口部でのインクの増
粘によって吐出しくくなるのを防止するため、「吐出信
頼性重視モード」に切替えて、吐出パワーの高い前側ヒ
ータによって印字が行なわれる。

【００５３】この吐出信頼性重視モードによれば、ヘッ
ドの吐出駆動周波数を高速印字モードよりやや低い８Ｋ
Ｈｚとしても図６のグラフからも判るように予備吐出の
間隔を長くできるため、予備吐出に要する時間を短縮す
ることができ、その結果、実質的に印字速度が速くなっ
た。また、インクの消費量も少なくなった。

【００５４】(3)．スムージングモードを選択した場合
は、基本密度印字モードによるドット印字の輪郭に対し
基本密度印字モードでの吐出量以下の小ドットを吐出す
るノズルにつき、上記の高密度印字モードの場合と同
様、ヘッド本体内が通常の温度環境の時は後側ヒータの
みを駆動する高速印字モード（第１の小吐出量モード）
に、ヘッド本体内が低温／低湿環境の時は前側ヒータの
みを駆動する吐出信頼性重視モード（第２の小吐出量モ
ード）に切り替えて行なう。

【００５５】(4)．多値記録モードを選択した場合も、
小ドットを吐出するノズルにつき、ヘッド本体内が通常
の温度環境の時は後側ヒータのみを駆動する高速印字モ
ードに、ヘッド本体内が低温／低湿環境の時は前側ヒー
タのみを駆動する吐出信頼性重視モードに切り替えて行
なう。

【００５６】ところで、上述したように１個のノズルで
吐出量モードを切り替えると、同一のノズルから異なっ
た吐出量のインク滴が吐出され、大吐出量モードと小吐
出量モードで吐出速度が変化する。そのため、上記のス
ムージングモードや多値記録モードを選択した場合は、
ヘッドが往走査される中で大ドットと小ドットを混在し
て吐出するので、大小ドットの吐出速度の違いから着弾
精度が劣ることが考えられる。そこで本形態は、その吐
出量モードに応じてインク液滴の吐出タイミングを変え
ることにより、大、小ドットの着弾の中心位置を揃える
様にしている。

【００５７】具体的には、吐出量の大きい方が吐出速度
が速いため、大ドットの吐出タイミングを遅らせるよう
にする。但し、小ドットでも前側ヒータを駆動した場合
（第２の小吐出量モードの場合）は、小ドットの吐出速
度を速くでき、大ドットとの吐出速度差が小さくできる
ため、吐出タイミングを変えなくても良い場合がある。
以上により、ヘッドが往走査される中で大小のドットを
混在して吐出するようなスムージングモードや多値記録
モードでも、ヒータの切り替えに応じて吐出タイミング
を変えることにより、精度の良好な画像が得られる。

【００５８】なお、スムージングモードや多値記録モー
ドを選択した場合にヘッドが往走査される中で大ドット
と小ドットを短い時間で切り替えることができないヘッ
ド構成であっても、印字の往走査方向で大ドット、復走
査方向で小ドットを吐出するようにすれば、精度の良好
な画像は得られる。

【００５９】また、さらにヒータについては通常、吐出
量の安定化のためダブルパルスによるいわゆるプレヒー
トＰＷＭ制御が行なわれるが、ノズル内でヒータの位置
が異なると、プレヒート条件による吐出量変化の特性も
異なる。そこで本形態では、駆動するヒータ位置に応じ
てＰＷＭテーブルを変えることで、ヒータ位置によるダ
ブルパルスでの吐出特性の違いを補正して安定化させて
いる。

【００６０】以上説明した形態によれば、基本密度印字
の吐出量より小さいインク滴を使用する場合の、ヘッド
本体の温度環境に伴う、予備吐出の際のインクの増粘に
よる不具合を、その温度環境に応じて吐出パワー（吐出
速度）の高い前側ヒータによる小ドットを吐出するか、
吐出駆動周波数の高い後側ヒータによる小ドットを吐出
するかを選択することで解消することができる。

【００６１】この形態が適用されるプリンタ等の記録装
置は、世界各国の環境に応じて出荷前に予めヘッドの仕
様を決めなくても、記録装置が仕向けられた地域の環境
や季節に対応して良好な画像を提供することができる。
この場合、環境や季節に応じて装置本体のパネルやパソ
コン等の画面上で印字モードを切り替えればよい。

【００６２】尚、ここでは、ヘッド本体の温度環境に応
じて、駆動するヒータ位置を切り替える例を説明した
が、本発明は、印字速度は多少遅くとも着弾精度や吐出
信頼性を重視する場合は吐出パワー（吐出速度）の高い
吐出を行なえる前側ヒータを選択し、着弾精度や吐出信
頼性は多少劣っても高い印字速度を重視する場合は吐出
駆動周波数の高い後側ヒータを選択する事ができる新規
なインクジェット記録ヘッドを提供することを目的とす
るため、上記のヘッド温度情報に係わらず、そのヘッド
の使用目的に応じて、駆動するヒータ位置を切り替えて
もよい。

【００６３】（第２の実施形態）図９は本発明のインク
ジェット記録ヘッドの第２の実施形態を説明するための
ブロック図である。

【００６４】この実施の形態は、小ドットで印字する場
合、ヘッドに使用するインクの種類情報によって、駆動
するヒータを切り替える例である。すなわち、通常のイ
ンクに比べて、乾燥し易いインクをオプションとして持
つ場合がある。このようなインクを使用する際、図４に
示したグラフからも判るように後側ヒータによる小吐出
量設定では吐出パワー（吐出速度）が小さいため、吐出
口のインクの増粘具合によっては通常のインクの場合よ
りも予備吐出の間隔を短くする必要がある。そこで本形
態は、特殊インクを使用する際に、吐出パワー（吐出速
度）の高い前側ヒータの駆動に切り替える様にする。

【００６５】この場合、例えば、特殊インクを用いるヘ
ッド側又はタンク側に切り欠き等で、前側または後側の
いずれかのヒータを使用するかのＩＤ（識別手段）を設
け、本体でこのＩＤを検知することで、駆動するヒータ
に切り替え、この切り替えたヒータに応じて駆動周波
数、予備吐出条件、ＰＷＭテーブルを切り替える様にし
てもよい。また、記録装置本体のパネルやパソコン等の
画面上でインクを選択すると、駆動するヒータ、及び切
り替えたヒータに応じた駆動周波数等が切り替わるもの
であってもよい。

【００６６】（第３の実施形態）図１０は本発明のイン
クジェット記録ヘッドの第３の実施形態を説明するため
のブロック図である。

【００６７】この実施の形態は、小ドットで印字する場
合、ヘッドが使用される記録装置本体の種類によって、
駆動するヒータを切り替える例である。製品の形態とし
て、印字速度は少し遅くとも本体を小さく、コストの安
いものを要求される場合がある。すなわち、ヘッドは同
一のものであるが記録装置本体の種類を変える場合があ
る。

【００６８】例えば、ヘッドを搭載したキャリッジの移
動速度を遅くしてキャリッジを小さくすれば、キャリッ
ジを移動駆動するモータのトルクを小さくすることがで
きるため、モータのコストが安くなり、また、電源容量
が小さくて済むため電源も安くできる。この場合、吐出
の駆動周波数の低い前側ヒータだけを使用するように設
定する。

【００６９】このように装置本体の種類に応じて、印字
速度は多少遅くとも製品コストを重視する場合は吐出の
駆動周波数の低い前側ヒータを選択し、着弾精度や吐出
信頼性は多少劣っても高い印字速度を重視する場合は吐
出駆動周波数の高い後側ヒータを選択すればよい。

【００７０】（その他の実施形態）この実施の形態で
は、１つのノズル内に複数の電気熱変換素子を配する形
態のヘッドでこれらの電気熱変換素子を効率よく駆動す
ると共に素子基板の小型化を図るための素子基板の回路
について説明する。なお、この実施例で用いる「基板
上」とは基板の表面近傍の内部をも含めて示す言葉とし
て用いている。

【００７１】図１１は本発明のインクジェット記録ヘッ
ドのその他の実施形態に係る素子基板を構成する素子の
配置を示す。素子基板の上にはノズル壁５が設けられ、
ノズル壁５どうしの間の１個の吐出ノズル内には電気熱
変換素子（以下、「吐出ヒータ」という。）２ａと吐出
ヒータ２ｂの２つの吐出ヒータが第１の実施の形態で説
明した条件で配置されている。それぞれの吐出ヒータは
スルーホール４を介して吐出ヒータの下層の層間絶縁膜
の下にあるコモン配線１と接続されて、このコモン配線
１より電圧を印加される。配線６、７はそれぞれ、吐出
ヒータ２ａおよび吐出ヒータ２ｂと、スイッチングトラ
ンジスタ１１および１０とをスルーホール１６を介し接
続する。

【００７２】スイッチングトランジスタ１０および１１
も、ヒータ下層の層間絶縁膜の下に配置される。さらに
トランジスタ１０および１１のＯＮ／ＯＦＦを制御する
ため、信号配線１７および１８がトランジスタ１０およ
び１１とシフトレジスタ・ラッチ回路１９および２０に
接続されている。これにより、ヒータの駆動を、シフト
レジスタ・ラッチ回路でとり込んだデータによりトラン
ジスタをＯＮ／ＯＦＦさせて制限する。また、グランド
配線１２，１３，１４および１５はそれぞれスイッチン
グトランジスタ８，９，１０および１１のエミッタに接
続される。図１１では、２ノズル分の構成を示したが、
基板全体の配置構成を図１２に示す。図１２で、素子基
板１は１回構成のセル２５の連続配置で構成される。コ
モン配線４２はコモン縦配線２２により接点２４に接続
され外部電源からの供給を受ける。グランド配線１２，
１３，１４および１５はグランド縦配線２１により接点
２４に接続される。図１１および図１２のそれぞれの等
価回路を図１３および図１４に示す。図１３ではシフト
レジスタ・ラッチ回路１９および２０を詳細に示す。シ
フトレジスタ３６には、ＣＬＫ信号線３７とシリアルデ
ータ線３５とが入力され、シリアルデータをクロック信
号によりシフトレジスタ３６に展開する。シフトレジス
タ３６に入力されたデータはラッチ３３にラッチ信号線
３４からのラッチ信号で保持される。次に、イネーブル
信号３２はＡＮＤゲート３１に接続され、ラッチ３３の
データをトランジスタ１１に印加するタイミング信号を
入力する。イネーブル信号３２が２本あるため吐出ヒー
タ２ａおよび２ｂは同時でもタイミングをずらしても駆
動可能である。図１４は図１３のセルを連続配置した基
板の全体構成の等価回路である。ここで、デコーダ回路
３８とデコーダ信号線３９とがあるが、これは駆動のタ
イミングを様々にするためのもので、これによりイネー
ブル信号３２を複数持たず少ない接点で多くのタイミン
グで駆動することができる。これらの基本的なタイミン
グチャートを図１５に示す。

【００７３】図１６は本発明によるインクジェットヘッ
ド５００と、このインクジェットヘッド５００に供給す
るためのインクを保持したインク容器５０１とを分離可
能に接続したインクジェットヘッドカートリッジＩＪＣ
を表す斜視図である。

【００７４】なお、このインクジェットヘッドカートリ
ッジを構成するインク容器へのインクの注入は、次のよ
うに行えばよい。

【００７５】インク容器にインク供給パイプ等を接続す
ることでインクを導入するインク導入路を形成し、この
インク導入路を介してインク容器にインクを注入すれば
よい。インク容器側にインク供給口としては、インクジ
ェットヘッド側への供給口、大気連通口や、インク容器
の壁面にあけた穴等を用いればよい。

【００７６】図１７は、以上のように構成されるインク
ジェット記録ヘッドが搭載されるインクジェット記録装
置の一例の概観図を示す。このインクジェット記録装置
ＩＪＲＡは、駆動モータの２０１０の正逆回転に連動し
て駆動力伝達ギア２０２０，２０３０を介して回転する
リードスクリュー２０４０を有する。インクジェット記
録ヘッドとインクタンクとが一体化されたインクジェッ
トヘッドカートリッジＩＪＣが載置されるキャリッジＨ
Ｃは、キャリッジ軸２０５０およびリードスクリュー２
０４０に支持され、リードスクリュー２０４０のら線溝
２０４１に対して係合するピン（不図示）を有してお
り、リードスクリュー２０４０の回転に伴って、矢印
ａ，ｂ方向に往復移動される。２０６０は紙押え板であ
り、キャリッジ移動方向にわたって紙Ｐをプラテンロー
ラ２０７０に対して押圧する。２０８０および２０９０
はフォトカプラで、これらは、キャリッジＨＣに設けら
れたレバー２１００のこの域での存在を確認してモータ
２０１０の回転方向切換等を行うためホームポジション
検知手段として動作する。２１１０は記録ヘッドの前面
をキャップするキャップ部材であり、支持部材２１２０
により支持されている。２１３０はこのキャップ内を吸
引する吸引手段であり、キャップ内開口を介して記録ヘ
ッドの吸引回復を行う。記録ヘッドの端面をクリーニン
グするクリーニングブレード２１４０は、前後方向に移
動可能に部材２１５０に設けられており、これらは本体
支持板２１６０に支持されている。ブレード２１４０は
この形態に限定されず、周知のクリーニングブレードが
本例に適用できることはいうまでもない。また、２１７
０は吸引回復の吸引を開始するためのレバーであり、キ
ャリッジＨＣと係合するカム２１８０の移動に伴って移
動するようになっており、これにより駆動モータ２０１
０からの駆動力がクラッチ切換等の公知の伝達手段で移
動制御される。

【００７７】これらのキャッピング、クリーニング、吸
引回復は、キャリッジＨＣがホームポジション側領域に
きたときにリードスクリュー２０４０の作用によってそ
れらの対応位置で所望の処理が行えるように構成されて
いるが、周知のタイミングで所望の作動を行うようにす
れば、本例には何れも適用できる。上述における各構成
は単独でも複合的に見ても優れた発明であり、本発明に
とって好ましい構成例を示している。

【００７８】上述の第１乃至第３の実施形態で説明した
前側ヒータおよび後側ヒータの配置と吐出特性との関係
についてさらに詳しく述べておく。

【００７９】図１８は、液滴の吐出量Ｖｄと吐出速度
ｖ、および吐出口面積Ｓｏと吐出口からヒータ先端まで
の距離ＯＨとの積と距離ＯＨとの関係をともに示す図で
あり、図１９は吐出速度ｖを吐出量Ｖｄで除算した結果
と距離ＯＨとの関係を示す図である。図Ｓ１および図Ｓ
２では、特異点ａ，ｂを規定し、距離ＯＨを、ａ以上の
領域Ａ、ｂ以下の領域Ｂ、およびａとｂとの間となる領
域Ｃの３つの領域に分割している。

【００８０】各領域の特有の傾向として、領域Ａでは距
離ＯＨの増大にしたがって吐出速度ｖと吐出量Ｖｄがほ
ぼ比例関係にあり、ｖ／Ｖｄがほぼ一定となることが挙
げられる。また、領域Ｂでは吐出量Ｖｄが吐出面積Ｓｏ
と距離ＯＨの積にほぼ比例し、領域Ｃでは吐出量Ｖｄが
ほぼ一定であることが挙げられる。

【００８１】また、上記の各領域Ａ〜Ｃは吐出量Ｖｄ、
吐出速度ｖのそれぞれに着目して考えると以下のように
定義することもできる。

【００８２】＜吐出量Ｖｄから見た場合＞ 領域Ａ：吐出量Ｖｄが距離ＯＨの増大に伴って減少する
区間 領域Ｂ：吐出量Ｖｄが距離ＯＨにほぼ比例して増加する
区間 領域Ｃ：吐出量Ｖｄが距離ＯＨに対してほぼ一定となる
区間 ＜吐出量ｖから見た場合＞全ての区間にわたって距離Ｏ
Ｈの増加に伴って吐出速度ｖは低下するが特に領域Ｃで
はその変化量ではその変化量は緩やかなものとなる。

【００８３】上記のＢ領域に前側ヒータを配置し、Ｂ領
域もしくはＣ領域に後側ヒータを配置するのが好まし
い。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、１個のノ
ズル内に２個の電気熱変換素子を、それぞれ吐出口から
電気熱変換素子までの距離を異ならせて配置し、かつ、
各電気熱変換素子がそれぞれ独立に駆動された場合の液
滴の吐出量をほぼ同じとしたインクジェット記録ヘッド
であって、駆動される電気熱変換素子を切り替えること
により、吐出速度が電気熱変換素子の位置が吐出口に近
くなるに従って大きくなり、リフィル周波数は吐出速度
とは逆に、電気熱変換素子の位置が吐出口に近くになる
に従って小さくなるという吐出特性を最大限に利用し
て、各種情報に最適な吐出条件で吐出を行なうことが可
能である。

【００８５】特に、駆動される電気熱変換素子の切り替
えにおいて、前側ヒータを選択することで、印字速度は
多少遅くとも着弾精度や吐出信頼性が向上する吐出パワ
ー（吐出速度）の高い吐出を行なえることができ、後側
ヒータを選択することで、着弾精度や吐出信頼性は多少
劣っても印字速度が速くなる駆動周波数の高い吐出を行
なうことができるので、ヘッドの使用目的又は使用状況
に最適な吐出条件で吐出（記録）を行なうことが可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット記録ヘッドの構成を示
す模式斜視図である。

【図２】図１に示した素子基板上のヒータの配置を示す
模式図である。

【図３】本発明のインクジェット記録ヘッドの吐出特性
のうち、オリフィスからヒータまでの距離と、吐出量と
の関係を示すグラフである。

【図４】本発明のインクジェット記録ヘッドの吐出特性
のうち、オリフィスからヒータまでの距離と、吐出速度
との関係を示すグラフである。

【図５】本発明のインクジェット記録ヘッドの吐出特性
のうち、オリフィスからヒータまでの距離と、駆動周波
数との関係を示すグラフである。

【図６】本発明のインクジェット記録ヘッドの吐出特性
のうち、ヘッド本体が常温環境の場合と低温／低湿環境
の場合におけるオリフィスからヒータまでの距離と、予
備吐出間隔との関係を示すグラフである。

【図７】本発明のインクジェット記録ヘッドの第１の実
施形態を説明するためのブロック図である。

【図８】本発明の第１の実施形態において印字モードと
して基本密度印字モードを選択した場合と、高密度印字
モードを選択した場合のフローチャートである。

【図９】本発明のインクジェット記録ヘッドの第２の実
施形態を説明するためのブロック図である。

【図１０】本発明のインクジェット記録ヘッドの第３の
実施形態を説明するためのブロック図である。

【図１１】本発明のインクジェット記録ヘッドのその他
の実施形態に係る素子基板を構成する素子の配置を示す
平面図である。

【図１２】本発明のインクジェット記録ヘッドのその他
の実施形態に係る素子基板全体の配置構成を示す模式図
である。

【図１３】図１１に示した素子基板の等価回路である。

【図１４】図１２に示した素子基板の全体構成の等価回
路である。

【図１５】図１４に示した素子基板の等価回路における
基本的なタイミングチャートである。

【図１６】本発明のインクジェットヘッドと、このイン
クジェットヘッドに供給するためのインクを保持したイ
ンク容器とを分離可能に接続したインクジェットヘッド
カートリッジを表す斜視図である。

【図１７】本発明によるインクジェット記録ヘッドが搭
載されるインクジェット記録装置の一例の概観図を示
す。

【図１８】液滴の吐出量Ｖｄと吐出速度ｖ、および吐出
口面積Ｓｏと吐出口からヒータ先端までの距離ＯＨとの
積と距離ＯＨとの関係をともに示す図である。

【図１９】吐出速度ｖを吐出量Ｖｄで除算した結果と距
離ＯＨとの関係を示す図である。

【符号の説明】

１ コモン配線 ２、１６ スルーホール ２ａ、２ｂ 吐出ヒータ ３ 前側ヒータ ４ 後側ヒータ ５ ノズル壁 ６、７ 配線 ８、９、１０、１１ スイッチングトランジスタ １２、１３、１４、１５ グランド配線 １７、１８ 信号配線 １９、２０ シフトレジスタ・ラッチ回路 ２１ グランド縦配線 ２２ コモン縦配線 ２３ 素子基板 ２４ 接点 ２５ セル ３１ ＡＮＤゲ−ト ３２ イネーブル信号 ３３ ラッチ ３４ ラッチ信号線 ３５ シリアルデータ線 ３６ シフトレジスタ ３７ ＣＬＫ信号線 ３８ デコーダ回路 ３９ デコーダ信号線 ４０ オリフィス ４１ 支持体 ４２ コモン配線 １０１ 天板 １０４ ノズル １０５ インク室 ５００ インクジェットヘッド ５０１ インク容器 ２０１０ 駆動モータ ２０２０、２０３０ 駆動力伝達ギア ２０４０ リードスクリュー ２０５０ キャリッジ軸 ２０６０ 紙押え板 ２０７０ プラテンローラ ２０８０、２０９０ フォトカプラ ２１００、２１７０ レバー ２１１０ キャップ部材 ２１２０ 支持部材 ２１３０ 吸引手段 ２１４０ クリーニングブレード ２１５０ 部材 ２１６０ 本体支持板 ２１８０ カム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/01 B41J 2/05

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吐出口に連通するインク流路内に配され
   た複数の電気熱変換素子を有し、そのうち２個の電気熱
   変換素子はそれぞれ前記吐出口から前記電気熱変換素子
   までの距離を異ならせて配置され、前記２個の電気熱変
   換素子はそれぞれ独立に駆動された場合の液滴の吐出量
   がほぼ同じであるインクジェット記録ヘッドを用いるイ
   ンクジェット記録装置であって、 ２つの電気熱変換素子の両方を駆動する大吐出量モード
   と、いずれか一方の電気熱変換素子を駆動する小吐出量
   モードを有し、小吐出量モード中に前記２個の電気熱変
   換素子を切り替えて駆動する切り替え手段を有すること
   を特徴とするインクジェット記録装置。
2. 【請求項２】 前記小吐出量モードのうち、高速印字モ
   ードにおいて前記切り替え手段は前記吐出口から遠い側
   の電気熱変換素子を駆動し、高速印字モードよりも吐出
   速度が早い吐出信頼性重視モードにおいて前記切り替え
   手段は前記吐出口に近い側の電気熱変換素子を駆動する
   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. 【請求項３】 前記切り替え手段は前記電気熱変換素子
   の切り替えに応じて電気熱変換素子の駆動周波数を変え
   ることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジ
   ェット記録装置。
4. 【請求項４】 前記切り替え手段は前記電気熱変換素子
   の切り替えに応じて予備吐出の条件を変えることを特徴
   とする請求項３に記載のインクジェット記録装置。
5. 【請求項５】 前記切り替え手段は前記電気熱変換素子
   の切り替えに応じてＰＷＭテーブルを変えることを特徴
   とする請求項４に記載のインクジェット記録装置。
6. 【請求項６】 前記切り替え手段は前記電気熱変換素子
   の切り替えに応じて吐出タイミングを変えることを特徴
   とする請求項５に記載のインクジェット記録装置。
7. 【請求項７】 前記インク流路内に配された複数の電気
   熱変換素子は前記２個の電気熱変換素子であることを特
   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
   装置。