JP3848203B2 - 液体吐出ヘッドならびに前記液体吐出ヘッドを用いたヘッドカートリッジおよび画像形成装置 - Google Patents
液体吐出ヘッドならびに前記液体吐出ヘッドを用いたヘッドカートリッジおよび画像形成装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体を吐出するための吐出口を有する液体吐出ヘッドならびにこの液体吐出ヘッドを用いたヘッドカートリッジおよび画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日広く一般的に用いられているインクジェット記録方式のインク吐出方法は、大別すると、インク滴を吐出するために用いられる吐出エネルギ発生素子として電気熱変換体（ヒータ）を利用する方法と、圧電素子（ピエゾ）を利用する方法とが挙げられ、いずれも電気的な信号によってインク滴の吐出を制御することが可能な方法である。例えば、電気熱変換体を用いるインク滴吐出方法の原理は、電気熱変換体に電気信号を与えることにより、電気熱変換体近傍のインクを瞬時にして沸騰させ、そのときのインクの相変化により生じる急激な気泡の成長によってインク滴を高速に吐出させるものである。一方、圧電素子を用いるインク滴の吐出方法の原理は、圧電素子に電気信号を与えることにより、圧電素子が変位し、この変位時の圧力によってインク滴を吐出させるものである。ここで、前者の方法は吐出エネルギ発生素子のスペースをそれほど設けなくとも済み、インクジェットプリントヘッドの構造が単純で、ノズルの集積化が容易であること等の利点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
最近は、パソコンの処理速度の高性能化、インターネットなどの普及よりカラー画像に対する高速化の欲求もますます増大してきていて、高精細あるいは階調性のある、いわゆる非常に高品位な記録物を迅速にプリントアウトする需要が高まっており、高画質でかつ高速であるプリンタが求められている。
【０００４】
ところで、高精細、階調性のある高品位な画像を得るには、ひとつのノズルから非常に小さなインク滴を吐出させて記録を行う方法が適しているが、高速化のためにはインク吐出口から、インク滴を短周期で繰り返し吐出させる必要がある。また、プリントヘッドを搭載するキャリッジも、ヘッドの応答周波数に同期して高速で移動することが必要である。上述のように、ひとつのノズルから非常に小さなインク滴を繰り返して吐出させて記録を行う場合、例えば図１１に示すような棒グラフの塗りつぶしの印刷部分、すなわちベタ印刷部分１００（以下、ベタ部と記す）の画像中にスジ１０１が発生していた。スジ１０１の部分は、ちょうどヘッドの第ｎ回目の操作とｎ＋１回目の操作つなぎ目の部分に相当している。
【０００５】
このつなぎ目部分を拡大したものが図１２(ｂ)であり、このときのヘッド１０３からインク滴１０２が吐出する様子は図１２(ａ)に示されている。画像データがベタの場合、ＳＥＧ０〜ＳＥＧ２５５までのノズルは、全て高応答周波数で駆動される。そのため、画像データの端部領域のノズルのインク滴１０２の吐出により、吐出インク滴周囲にある粘性を持つ空気もインク滴とほぼ同じスピードで動くことになる。すると、ノズル列全体の空気がインク滴１０２と同じ方向へ動くようになりその部分は減圧状態になる。そのために、吐出インク滴周囲以外の空気は、減圧されている方向へ移動するようになり、図１２（ａ）中の矢印で示されるような気流が発生し、これにより、ノズル列の端部領域にあるノズルのインク滴１０２の吐出方向が気流によって、所期の位置からノズル列の中央方向にヨレる、すなわち、内射することとなる。また、記録時の主走査方向へのキャリッジ移動時に生じる気流によって、ノズル列中央への気流が発生し、ノズル列の端部領域にあるノズルのインク滴１０２の吐出方向が気流によってノズル列の中央方向にヨレてしまう。その結果、着弾位置が図１２(ｂ)のようにずれてスジ１０１になってしまうという問題が生じていた。スジ１０１の発生を防ぐため、インクの吐出量を増やすと、記録媒体からのインクのあふれや、あるいは記録媒体がインクを吸収することにより、記録媒体にうねりが発生して記録画像が劣化する。また、高精細、高解像度の画像形成においては、粒状性を低減することや細線の再現が重要なため、できるだけ１つのドット径が小さいことが求められていることからも好ましくない。また、インク滴を繰り返し吐出させる周期を長くすれば、気流の発生は緩和されるが、プリンタのスピードが遅くなってしまい、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できなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、高速記録が可能で、かつ、記録画像におけるスジの発生を軽減することのできる液体吐出ヘッドならびにこの液体吐出ヘッドを用いたヘッドカートリッジおよび画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者の詳細な検討の結果、以下のことが明らかとなった。
(a)ノズル列端部のノズルのみがヨレるのではなく、例えば、図１３(ａ)に示 すようにヘッド１０３一部のノズルからインク滴１０２が吐出される状態でも 、ノズル方向端部から吐出されているインク滴１０２がノズルの中間部へヨレ てしまう。ただし、図１３(ｂ)に示すようにベタ部１００の間のスジ１０１ が画像上目立つのは、記録の走査間のつなぎの部分であり、端部が特に問題と なる。
(b)記録する際の吐出ノズル数が少なくなると、画像の端部のノズルから吐出される液滴のヨレ量は減少する。これは、吐出ノズル数が少なくなることにより、吐出ノズル中間部の減圧状態が弱まりヨレの原因となる気流が生じにくくなるためと推定している。後述する図６に吐出液滴数とヨレ量の関係を具体例として示している。１滴のみ吐出する場合には気流による主走査方向と垂直方向へのヨレはないが、吐出液滴数が増加するにつれヨレ量が増加している。また、吐出液滴量が少なくなった場合にも、吐出ノズル中間部の減圧状態が弱まることから、気流が生じにくくなることが推定されている。
(c)さらに、記録の副走査方向の解像度が低くなると、端部のノズルから吐出される液滴のヨレ量は減少する。
(d)本発明者が上記の気流モデルを元に詳細な検討を行い、吐出されるインクの吐出体積を、端部のノズルの吐出体積＞中央のノズルの吐出体積という構成にしたところ、端部のノズルから吐出される液滴のヨレ量が減少した。これは、上記したように、中間部の吐出体積を小さくしたことにより、中間部の液滴が飛翔することにより生じる減圧状態が弱まったことによると推定される。さらに、これを吐出する液滴の吐出量が異なる吐出口を用意することで階調記録を行う液体吐出ヘッドに組み込むことにより、ヘッドの大型化を一切もたらすことなく、上記ヨレ量の低減を達成するものである。
【０００８】
これらの検討結果をふまえて、上記目的を達成するために本発明の液体吐出ヘッドは、プリント媒体の搬送方向に対して略平行に配列された複数の吐出口からなる複数の吐出口列と、前記各吐出口にそれぞれ対向して配置され、前記各吐出口から液体を吐出させるための複数の吐出エネルギ発生部とを有し、前記プリント媒体の搬送方向に対して交差する方向に走査がなされる液体吐出ヘッドにおいて、
各吐出口列は、第１の吐出体積の液滴が吐出される第１の吐出口と、前記第１の吐出体積よりも少ない吐出体積である第２の吐出体積の液滴が吐出される第２の吐出口と、を含み、隣接する吐出口列同士で前記走査方向に第１の吐出口と第２の吐出口とを対に有するとともに、複数の前記第１の吐出口からなる第１の吐出口群が、前記吐出口列の、画像形成に寄与する末端の吐出口を含むように前記吐出口列の両端側に配置され、複数の前記第２の吐出口からなる少なくとも１つの第２の吐出口群が前記第１の吐出口群の間に配置された第１の吐出口列を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【０００９】
上記の通り構成された本発明の液体吐出ヘッドは、吐出体積の大きい第１の吐出口群が、吐出口列の、画像形成に寄与する末端の吐出口を含むように吐出列の両端側に配置され、第１の吐出口群の間に配置されている第２の吐出口群を構成する吐出口から吐出される液滴の吐出体積を小さくしている。このように、第２の吐出口群、すなわち、吐出口列の中間部から吐出された液滴が飛翔することにより生じる減圧状態が弱まり、大液滴吐出時に吐出口列の端部の吐出口から吐出される液滴のヨレ量を減少させることができる。
【００１０】
さらに、本発明の液体吐出ヘッドは、階調記録を行える構成でヘッドの大型をもたらすことなく、上述の液滴のヨレ量の低減を達成することができる。
【００１１】
また、第１の吐出口群を構成する吐出口の吐出口面積は、第２の吐出口群を構成する吐出口の吐出口面積に比べて大きいものであってもよい。
【００１２】
さらに、本発明の液体吐出ヘッドは、吐出エネルギ発生部が、液体に膜沸騰を生じさせて吐出口から液体を吐出させるための熱エネルギを発生する電気熱変換体を有するものであってもよい。
【００１３】
本発明のヘッドカートリッジは、本発明の液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドに供給される液体を貯溜する液体タンクとを具えていることを特徴としており、液体タンクが、着脱手段を介して液体吐出ヘッドに対して着脱可能であってもよい。
【００１４】
本発明の画像形成装置は、本発明の液体吐出ヘッドの取り付け部と、プリント媒体の搬送手段とを具え、前記液体吐出ヘッドの吐出口から吐出される液体によってプリント媒体に画像を形成することを特徴とする。
【００１５】
上記の通りの本発明の画像形成装置は、本発明の液体吐出ヘッドによりプリント媒体に画像を形成するため、従来課題であった、プリント媒体に対して所期の位置に吐出されなくなる、いわゆるヨレ量を低減させている。よって、べたプリントを行った場合でもスジが発生しない高精細かつ高階調の高品位プリント画像を得ることができる。
【００１６】
また、本発明の画像形成装置は、取り付け部が、プリント媒体の搬送方向と交差する方向に走査移動可能なキャリッジを有するものであってもよいし、液体吐出ヘッドが、着脱手段を介してキャリッジに対して着脱自在に搭載されるものであってもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
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。
【００１８】
なお、以下の各実施形態で示される数値は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではない。また、本発明は、各実施形態に限らず、これらをさらに組み合わせるものであってもよく、この明細書の特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるべき他の技術にも応用することができる。
（第１の実施形態）
本発明による画像形成装置をインクジェットプリンタに応用した一実施形態について、図１〜図７を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施形態に限らず、これらをさらに組み合わせたり、この明細書の特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるべき他の技術にも応用したりすることができる。
【００１９】
本実施形態におけるインクジェットプリンタの機構部分の外観を図１に示し、このインクジェットプリンタに用いられるヘッドカートリッジの外観を分解状態で図２に示し、そのプリントヘッドの外観を図３に示す。すなわち、本実施形態におけるインクジェットプリンタのシャシー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、このインクジェットプリンタの骨格をなす。シャシー１０には、図示しないシート状のプリント媒体をインクジェットプリンタの内部へと自動的に給送する媒体給送部１１と、この媒体給送部１１から１枚ずつ給送されるプリント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へとプリント媒体を導く媒体搬送部１３と、プリント位置に搬送されたプリント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。
【００２０】
プリント部は、キャリッジ軸１５に沿って主走査方向に移動可能に支持されたキャリッジ１６と、このキャリッジ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。
【００２１】
ヘッドカートリッジ１８が搭載されるキャリッジ１６には、このヘッドカートリッジ１８のプリントヘッド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と、プリントヘッド１９のタンクホルダ２１と係合してプリントヘッド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とが設けられている。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、またプリントヘッド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プリントヘッド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。
【００２２】
プリントヘッド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、このコンタクトＦＰＣ２２の一端部に形成された図示しないコンタクト部と、プリントヘッド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、プリントのための各種情報の授受やプリントヘッド１９への電力の供給などを行い得るようになっている。
【００２３】
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、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のコンタクト部とプリントヘッド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。
【００２４】
本実施形態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、このインクタンク２４から供給されるインクをプリント情報に応じてプリントヘッド１９の吐出口２５（図４参照）から吐出させる前述のプリントヘッド１９とを有する。本実施形態のプリントヘッド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。
【００２５】
また、本実施形態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、例えば黒色、淡シアン色、淡マゼンタ色、シアン色、マゼンタ色および黄色の各色インクが独立した６個のインクタンク２４を使用可能としている。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、この取り外し用レバー２６を操作することにより、図３に示すように、プリントヘッド１９に対してそれぞれ取り外し可能となっている。
【００２６】
プリントヘッド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。本実施形態におけるプリントヘッド１９のプリント素子基板２７の破断構造を図４に示し、そのＡ−Ａ´断面構造を図５にそれぞれ示す。本実施形態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吐出エネルギ発生部、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。すなわち、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が形成されており、被覆樹脂層３６を介して吐出口２５が形成された吐出口プレート５が積層されている。インク供給口２８の両側には、プリント媒体の搬送方向、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（本実施形態では片側１２８個）の電気熱変換体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、それぞれ吐出エネルギ発生部を構成している。プリント素子基板２７には、これら電気熱変換体２９の他、電気熱変換体２９とプリンタ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。
【００２７】
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り、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、プリンタ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とを有しており、このコンタクト部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。この電気配線基板を介して図示しない駆動ＩＣから電気熱変換体２９に対する駆動信号が与えられ、同時に駆動電力がこの電気熱変換体２９に供給される。
【００２８】
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。
【００２９】
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を介して電気熱変換体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、この上板部材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。これら共通インク室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。
【００３０】
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に臨む電気熱変換体２９に駆動信号が与えられることにより、電気熱変換体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。
【００３１】
本実施形態のプリントヘッドは、１２８個の吐出口２５が６００ｄｐｉのピッチで２列に配列されている。吐出インク滴の吐出体積は、５．０ｐｌと２．５ｐｌの２種類であり、インク密度は１．０５である。インクジェット記録装置のキャリッジ走査方向の解像度は６００ｄｐｉであり、駆動周波数は１５．０ｋＨｚであるので、キャリッジの移動速度は約６３５ｍｍ/ｓであり、一つの吐出口では最短時間間隔約６６．７μｓごとに吐出を行うことになる。また、吐出口面から紙面までの距離は１．５ｍｍである。また、インクジェット記録装置は、片方向記録を行っている。
【００３２】
本発明者の検討によると、図６に示すように吐出口から同時に吐出される吐出液滴数、すなわち、同時に作動するノズル本数が片側８本以下では、端部の吐出液滴のヨレが数μｍ以下であり、画像上問題が無いヨレ量であった。
【００３３】
そこで、本実施形態では、図７に示すように、吐出口列６０は、１２８ノズルのうち、両端の８ノズル、すなわち、末端吐出口２５´を含む８個の吐出口２５（両側で計１６個）からなる第１の吐出口群５０から５．０ｐｌの吐出体積のインク滴を吐出させるものとし、各第１の吐出口群５０の間の中間部に位置する残りの１１２ノズル、すなわち、１１２個の吐出口２５からなる第２の吐出口群５１からは、２．５ｐｌの吐出体積のインク滴を吐出させるものとした。
【００３４】
また、吐出口列６１は、吐出口列６０とは逆に、第２の吐出口群５１を列の両端側に、第２の吐出口群５１の間の中間部に第１の吐出口群５０が配置されている。５ｐｌを吐出する第１の吐出口群５０の吐出口２５の口径はφ１６．０μｍ、電気熱変換体は２６×２６μｍであり、２．５ｐｌを吐出する第２の吐出口群５１の吐出口２５の口径はφ１１．０μｍ、電気熱変換体は２２×２２μｍである。また、吐出口列６０と吐出口列６１列間の距離は２１５μｍである。
【００３５】
なお、本実施形態では、形成されている吐出口２５が画像形成にすべて使用されているが、ダミー吐出口として画像形成に使用しない吐出口が形成されている場合には、ダミー吐出口を除き画像形成に使用する吐出口２５のうち、末端に位置する吐出口２５を末端吐出口２５´とする。
【００３６】
本発明でのインクジェット記録装置は、吐出体積が５．０ｐｌのノズルは１パス記録で使用されるが、本実施形態のプリントヘッドでは、５．０ｐｌのノズルに対応する第１の吐出口群５０が吐出口列６０と吐出口列６１列に分けて配置されている、すなわち、主走査方向にずれて配置されており、また、吐出口列６０における中間部に、第２の吐出口群５１を配置して吐出体積を２．５ｐｌに減らしたことにより、１パス記録の際の、端部の１６個の吐出口２５におけるヨレ量は、比較した従来ヘッドの場合が２０μｍだったのに対して、５μｍと低減され、キャリッジ走査のつなぎスジがなくなった。
【００３７】
また、上述の１パス記録は、第１の吐出口群５０（５.０ｐｌのノズル）および第２の吐出口群５１（２．５ｐｌのノズル）の双方から吐出させた場合の一例であるが、１パス記録において高速で記録するために第１の吐出口群５０（５.０ｐｌのノズル）のみで記録した場合、吐出口列６０では、両端部に位置する第１の吐出口群５０のみからインク滴が吐出されることとなり、中間部の第２の吐出口群５１からはインク滴が吐出されていないため、、中間部の液滴が飛翔することにより生じる減圧状態が発生せず、よって、端ヨレが発生しにくくなり、端部の１６個の吐出口２５におけるヨレ量は、４μｍと低減され、キャリッジ走査のつなぎスジがなくなった。
【００３８】
一方、本発明でのインクジェット記録装置は、マルチパスにおいては、５．０ｐｌのノズルも２．５ｐｌのノズルも使用されるが、マルチパスの一つである４パスで検討を行ったところ、各パス毎の記録デューティが下がっていることから、端ヨレ量が減少し、約６μｍとなり、また５．０ｐｌと２．５ｐｌで記録した場合には５．０ｐｌがヨレた方がより目立ちやすいことから、スジの発生は無かった。
【００３９】
なお、本実施形態では、吐出口列６０の両端部に配置されてる第１の吐出口群５０は、各８個ずつの吐出口２５、計１６個の吐出口からなる例を示したが、この個数に限定されるものではない。
（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態では、第１および第２の列を構成する吐出口の数がそれぞれ１２８個ずつであったのに対し、本実施形態では、それぞれ２５６個ずつ配列され、かつ、中間部に吐出体積が大きいインク滴が吐出される吐出口が配列されているプリントヘッドに関して説明する。なお、第１の実施形態と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。
【００４０】
図８に本実施形態のプリントヘッドの吐出口の配列を示す破断平面図を示す。
【００４１】
吐出口列６５は、両端部に各８個ずつの吐出口２５からなる第１の吐出口群５０が配置され、この両側の第１の吐出口群５０のそれぞれに隣接して第２の吐出口群５１が配置され、さらに、これら第２の吐出口群５１の間に６４個の吐出口２５からなる第１の吐出口群５０が配置されている。
【００４２】
また、吐出口列６６は、吐出口列６５の配列とは逆に、両端部に各８個ずつの吐出口２５からなる第２の吐出口群５１が配置され、この両側の第２の吐出口群５１のそれぞれに隣接して第１の吐出口群５０が配置され、さらに、これら第１の吐出口群５０の間に６４個の吐出口２５からなる第２の吐出口群５１が配置されている。
【００４３】
吐出口２５を上述のような配列とし、第１の実施形態と同様の条件で記録を実行したところ、両端部の１６個の吐出口２５から吐出されたインク滴のヨレ量は、比較した従来ヘッドの場合が２０μｍだったのに対して、６μｍと低減され、キャリッジ走査のつなぎスジがなくなった。
（第３の実施形態）
上述した第１の実施形態で説明したプリントヘッドでは、第１および第２の列がそれぞれ１列ずつ設けられた構成であったのに対し、本実施形態のプリントヘッドは、第１および第２の列がそれぞれ複数設けられ、往復走査における双方向記録が可能な構成となっている。なお、本実施形態においても、第１の実施形態と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。
【００４４】
図９に本実施形態のプリントヘッドの吐出口の配列を示す破断平面図を示す。
【００４５】
本実施形態のプリントヘッドには１０列の吐出口列７１〜７５、８１〜８５が所定のピッチで配設されている。吐出口列７３、７５、８３、８５は、両端部に第１の吐出口群５０が配置され、その間に第２の吐出口群５１が配置された、第１の実施形態で示した吐出口列６０と同様の構成となっており、また、吐出口列７２、７４、８２、８４は、両端部に第２の吐出口群５１が配置され、その間に第１の吐出口群５０が配置された、第１の実施形態で示した吐出口列６１と同様の構成となっており、吐出口列７１、８１は、第１の吐出口群５０のみから構成されている。
【００４６】
また、吐出口列７５、７３、７１、８３、８５は、ｉ番目の吐出口が図中破線上で対応するように配置された第１の吐出口列群９０を形成し、吐出口列７４、７２、８１、８２、８４は、ｊ番目の吐出口が図中破線上で対応するように配置された第２の吐出口列群９１を形成している。
【００４７】
また、１０列の各吐出口列について、最も外側の吐出口列７４、７５、８４、８５からはシアン（Ｃ）を、吐出口列７２、７３、８２、８３からはマゼンタ（Ｍ）を、最も内側の互いに隣接する吐出口列７１、８１からはイエロー（Ｙ）を吐出するものである。
【００４８】
本実施形態では、１２００ｄｐｉのピッチで１２８個の吐出口が各列に配列されていて、吐出口からインク滴が媒体へ向けて吐出されるものである。吐出インク滴の吐出体積は５．０ｐｌ、インク密度は１．０５であり、記録において副走査方向（吐出口列方向）の解像度である１２００ｄｐｉにドットを埋めて白スジが発生しないのに十分な吐出体積である。インクジェット記録装置のキャリッジ走査方向の解像度は６００ｄｐｉ、記録解像度は１２００ｄｐｉであり、駆動周波数は１５．０ｋＨｚであるので、キャリッジの移動速度は約６３５ｍｍ/ｓであり、一つの吐出口では最短時間間隔約８０μｓごとに吐出を行うことになる。また、吐出口面から紙面までの距離は１．５ｍｍである。また、インクジェット記録装置は、双方向記録が行われる。
【００４９】
本発明者の詳細な検討から、両端部の吐出口群を、中間部の吐出口群に対して主走査の進行方向（前方）へずらした構成のヘッドと、この逆に、両端部の吐出口群を、中間部の吐出口群に対して主走査の進行方向と逆方向（後方）へずらした構成のヘッドとにより比較検討を行ったところ、端部のノズルから吐出される液滴のヨレ量が、前者は６μｍとなり、後者の９μｍに対して少ないことが明らかとなった。そこで、本実施形態の双方向対応ヘッドにおいては、吐出口列７１〜７４からなる第１の吐出口領域９２では５．０ｐｌのノズルを各色において図面の左側の列に設け、２．５ｐｌのノズルにおいては図面の右側に設けて、一方、吐出口列８１〜８４からなる第２の吐出口領域９３では５．０ｐｌのノズルを各色において図面の右側の列に設け、２．５ｐｌのノズルにおいては図面の左側に設けた構成とした。例えば、シアンインクを吐出する吐出口列７４、７５、８４、８５について、５．０ｐｌで吐出する場合について見てみると、往方向記録時には、吐出口列７５の両端部に位置する第１の吐出口群５０と、吐出口列７４の中間部に位置する第１の吐出口群５０との組み合わせで吐出することで、吐出口列７５の両端部に位置する第１の吐出口群５０の端ヨレ量を低減することができる。また、復方向記録時には、吐出口列８５の両端部に位置する第１の吐出口群５０と、吐出口列８４の中間部に位置する第１の吐出口群５０との組み合わせで吐出することで、吐出口列８５の両端部に位置する第１の吐出口群５０の端ヨレ量を低減することができる。
【００５０】
つまり、このような構成とすることで、往復走査の双方向ともに、吐出体積の大きい第１の吐出口群５０を両端側に有する吐出口列を常に走査方向前方とすることができる。そして、上述したような吐出がなされた場合、往方向記録時には、吐出口列７５の両端側の第１の吐出口群５０が吐出されてから吐出口列７４の第１の吐出口群５０、すなわち、中間部の吐出がなされる。つまり、吐出口列７５では中間部からは吐出されずに両端側のみから液滴が吐出されることで、吐出口列７５の両端部から吐出された液滴は、吐出口列７５自身の中間部の減圧の影響を受けないだけでなく、吐出口列７４の中間部からの吐出が、吐出口列７５の両端部の吐出がなされた後になされるため、吐出口列７４の中間部からの吐出された液滴からの影響を受けにくい。よって、吐出口列端部の液滴のヨレ量を低減させることができる。
【００５１】
このように、１スキャンでの同じ色で２列ある離れた吐出口列（例：吐出口列７５と吐出口列８５）の端ヨレ量を各スキャン毎に均等にすることにより、スジの発生を抑制できた。
（第４の実施形態）
本実施形態のプリントヘッドは、インク供給口を挟んで形成されている吐出口が千鳥状に配置された構成となっていることを特徴とするものである。なお、本実施形態においても、第１の実施形態と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。
【００５２】
図１０に本実施形態のプリントヘッドの吐出口の配列を示す破断平面図を示す。
【００５３】
本実施形態のプリントヘッドには１０列の吐出口列１０１〜１０５、１１１〜１１５が所定のピッチで配設されている。吐出口列１０３、１０５、１１３、１１５は、両端部に８個の吐出口２５からなる第１の吐出口群５０がそれぞれ配置され、その間には吐出口は形成されておらず、また、吐出口列１０２、１０４、１１２、１１４は、吐出口列１０３、１０５、１１３、１１５の吐出口２５が形成されていない領域に対応する領域にのみ第１の吐出口群５０が形成されている。これら千鳥状に配置された吐出口２５は、各インク供給口２８の両側の吐出口２５の合計が２５６個となるように配列されている。吐出口列１０１、１１１は、インク供給口２８の両側にそれぞれ２５６個ずつの第１の吐出口群５０からなる吐出口２５が配列されている。これら吐出口２５、および電気熱変換体２９は、６００ｄｐｉのピッチで配列されている。本実施形態のプリントヘッドも、第３の実施形態と同様に、往復双方向に対応するヘッド構成とするため、往方向走査時には、両側に第１の吐出口群５０が配置された吐出口列１０５、１０３が、中間部にのみ第１の吐出口群５０が形成されている吐出口列１０４、１０２の前方となるように配置された第１の吐出口領域１２０と、復方向走査時には、両側に第１の吐出口群５０が配置された吐出口列１１５、１１３が、中間部にのみ第１の吐出口群５０が形成されている吐出口列１１４、１１２の前方となるように配置された第２の吐出口領域１２１とを有する構成となっている。
【００５４】
このように、本実施形態の場合、いわゆる中間部に吐出口が形成されていないため、両側に配置された第１の吐出口群５０から吐出されたインク滴は、中間部での減圧の影響を受けることがない構成となっている。
【００５５】
以上の構成とし、第１の実施形態と同様の条件で記録を実行したところ、両端部の１６個の吐出口２５から吐出されたインク滴のヨレ量は、比較した従来ヘッドの場合が２０μｍだったのに対して、６μｍと低減され、キャリッジ走査のつなぎスジがなくなった。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、第１の吐出口群の間に配置されている第２の吐出口群を構成する吐出口から吐出される液滴の吐出体積を小さくしたことにより、中間部の液滴が飛翔することにより生じる減圧状態が弱まり、大滴吐出時の吐出口列の端部の吐出口から吐出される液滴のヨレ量を減少させることができ、さらに、階調記録を行える構成でヘッドの大型をもたらすことなく、上述の液滴のヨレ量の低減を達成することができる。よって、べたプリントを行った場合でも白筋が発生しない高精細かつ高階調の高品位プリント画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による画像形成装置をインクジェットプリンタに応用した一実施形態の概略構造を表す斜視図である。
【図２】本発明によるヘッドカートリッジを図１に示すインクジェットプリンタに適用した一実施形態の外観を分解状態で表す斜視図である。
【図３】図２に示したヘッドカートリッジにおけるプリントヘッドの部分の斜視図である。
【図４】図３に示したプリントヘッドの主要部の概略構造を表す破断斜視図である。
【図５】図４に示したプリントヘッドのＡ−Ａ´線での断面図である。
【図６】吐出液滴数とヨレ量との関係を示したグラフである。
【図７】本発明の第１の実施形態におけるプリントヘッドの吐出口および電気熱変換体の配列を示す平面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態におけるプリントヘッドの吐出口および電気熱変換体の配列を示す破断平面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態におけるプリントヘッドの吐出口および電気熱変換体の配列を示す破断平面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態におけるプリントヘッドの吐出口および電気熱変換体の配列を示す破断平面図である。
【図１１】従来のプリントヘッドにより記録した際に生じるスジを示した一例である。
【図１２】従来のインクジェットプリンタによるインクの吐出状態、およびプリント媒体に１パスで形成されるべた画像の一例を模式的に表す概念図である。
【図１３】従来のインクジェットプリンタによるインクの吐出状態、およびプリント媒体に１パスで形成されるべた画像の他の例を模式的に表す概念図である。
【符号の説明】
１０ シャシー
１１ 媒体給送部
１２ 媒体排出部
１３ 媒体搬送部
１４ ヘッド回復部
１５ キャリッジ軸
１６ キャリッジ
１７ ヘッドセットレバー
１８ ヘッドカートリッジ
１９ プリントヘッド
２０ キャリッジカバー
２１ タンクホルダ
２２ コンタクトフレキシブルプリントケーブル（コンタクトＦＰＣ）
２３ コンタクト部
２４ インクタンク
２５ 吐出口
２５´ 末端吐出口
２６ 取り外し用レバー
２７ プリント素子基板
２８ インク供給口
２９ 電気熱変換体
３０ 電極端子
３１ 共通インク室
３２ 上板部材
３３ インク路
３４ 仕切り壁
３５ 吐出口面
５０ 第１の吐出口群
５１ 第２の吐出口群
６０、６１、６５、６６、７１〜７５、８１〜８５、１０１〜１０５、１１１〜１１５ 吐出口列
９０ 第１の吐出口列群
９１ 第２の吐出口列群
９２、１２０ 第１の吐出口領域
９３、１２１ 第２の吐出口領域
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体を吐出するための吐出口を有する液体吐出ヘッドならびにこの液体吐出ヘッドを用いたヘッドカートリッジおよび画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日広く一般的に用いられているインクジェット記録方式のインク吐出方法は、大別すると、インク滴を吐出するために用いられる吐出エネルギ発生素子として電気熱変換体（ヒータ）を利用する方法と、圧電素子（ピエゾ）を利用する方法とが挙げられ、いずれも電気的な信号によってインク滴の吐出を制御することが可能な方法である。例えば、電気熱変換体を用いるインク滴吐出方法の原理は、電気熱変換体に電気信号を与えることにより、電気熱変換体近傍のインクを瞬時にして沸騰させ、そのときのインクの相変化により生じる急激な気泡の成長によってインク滴を高速に吐出させるものである。一方、圧電素子を用いるインク滴の吐出方法の原理は、圧電素子に電気信号を与えることにより、圧電素子が変位し、この変位時の圧力によってインク滴を吐出させるものである。ここで、前者の方法は吐出エネルギ発生素子のスペースをそれほど設けなくとも済み、インクジェットプリントヘッドの構造が単純で、ノズルの集積化が容易であること等の利点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
最近は、パソコンの処理速度の高性能化、インターネットなどの普及よりカラー画像に対する高速化の欲求もますます増大してきていて、高精細あるいは階調性のある、いわゆる非常に高品位な記録物を迅速にプリントアウトする需要が高まっており、高画質でかつ高速であるプリンタが求められている。
【０００４】
ところで、高精細、階調性のある高品位な画像を得るには、ひとつのノズルから非常に小さなインク滴を吐出させて記録を行う方法が適しているが、高速化のためにはインク吐出口から、インク滴を短周期で繰り返し吐出させる必要がある。また、プリントヘッドを搭載するキャリッジも、ヘッドの応答周波数に同期して高速で移動することが必要である。上述のように、ひとつのノズルから非常に小さなインク滴を繰り返して吐出させて記録を行う場合、例えば図１１に示すような棒グラフの塗りつぶしの印刷部分、すなわちベタ印刷部分１００（以下、ベタ部と記す）の画像中にスジ１０１が発生していた。スジ１０１の部分は、ちょうどヘッドの第ｎ回目の操作とｎ＋１回目の操作つなぎ目の部分に相当している。
【０００５】
このつなぎ目部分を拡大したものが図１２(ｂ)であり、このときのヘッド１０３からインク滴１０２が吐出する様子は図１２(ａ)に示されている。画像データがベタの場合、ＳＥＧ０〜ＳＥＧ２５５までのノズルは、全て高応答周波数で駆動される。そのため、画像データの端部領域のノズルのインク滴１０２の吐出により、吐出インク滴周囲にある粘性を持つ空気もインク滴とほぼ同じスピードで動くことになる。すると、ノズル列全体の空気がインク滴１０２と同じ方向へ動くようになりその部分は減圧状態になる。そのために、吐出インク滴周囲以外の空気は、減圧されている方向へ移動するようになり、図１２（ａ）中の矢印で示されるような気流が発生し、これにより、ノズル列の端部領域にあるノズルのインク滴１０２の吐出方向が気流によって、所期の位置からノズル列の中央方向にヨレる、すなわち、内射することとなる。また、記録時の主走査方向へのキャリッジ移動時に生じる気流によって、ノズル列中央への気流が発生し、ノズル列の端部領域にあるノズルのインク滴１０２の吐出方向が気流によってノズル列の中央方向にヨレてしまう。その結果、着弾位置が図１２(ｂ)のようにずれてスジ１０１になってしまうという問題が生じていた。スジ１０１の発生を防ぐため、インクの吐出量を増やすと、記録媒体からのインクのあふれや、あるいは記録媒体がインクを吸収することにより、記録媒体にうねりが発生して記録画像が劣化する。また、高精細、高解像度の画像形成においては、粒状性を低減することや細線の再現が重要なため、できるだけ１つのドット径が小さいことが求められていることからも好ましくない。また、インク滴を繰り返し吐出させる周期を長くすれば、気流の発生は緩和されるが、プリンタのスピードが遅くなってしまい、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できなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、高速記録が可能で、かつ、記録画像におけるスジの発生を軽減することのできる液体吐出ヘッドならびにこの液体吐出ヘッドを用いたヘッドカートリッジおよび画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者の詳細な検討の結果、以下のことが明らかとなった。
(a)ノズル列端部のノズルのみがヨレるのではなく、例えば、図１３(ａ)に示 すようにヘッド１０３一部のノズルからインク滴１０２が吐出される状態でも 、ノズル方向端部から吐出されているインク滴１０２がノズルの中間部へヨレ てしまう。ただし、図１３(ｂ)に示すようにベタ部１００の間のスジ１０１ が画像上目立つのは、記録の走査間のつなぎの部分であり、端部が特に問題と なる。
(b)記録する際の吐出ノズル数が少なくなると、画像の端部のノズルから吐出される液滴のヨレ量は減少する。これは、吐出ノズル数が少なくなることにより、吐出ノズル中間部の減圧状態が弱まりヨレの原因となる気流が生じにくくなるためと推定している。後述する図６に吐出液滴数とヨレ量の関係を具体例として示している。１滴のみ吐出する場合には気流による主走査方向と垂直方向へのヨレはないが、吐出液滴数が増加するにつれヨレ量が増加している。また、吐出液滴量が少なくなった場合にも、吐出ノズル中間部の減圧状態が弱まることから、気流が生じにくくなることが推定されている。
(c)さらに、記録の副走査方向の解像度が低くなると、端部のノズルから吐出される液滴のヨレ量は減少する。
(d)本発明者が上記の気流モデルを元に詳細な検討を行い、吐出されるインクの吐出体積を、端部のノズルの吐出体積＞中央のノズルの吐出体積という構成にしたところ、端部のノズルから吐出される液滴のヨレ量が減少した。これは、上記したように、中間部の吐出体積を小さくしたことにより、中間部の液滴が飛翔することにより生じる減圧状態が弱まったことによると推定される。さらに、これを吐出する液滴の吐出量が異なる吐出口を用意することで階調記録を行う液体吐出ヘッドに組み込むことにより、ヘッドの大型化を一切もたらすことなく、上記ヨレ量の低減を達成するものである。
【０００８】
これらの検討結果をふまえて、上記目的を達成するために本発明の液体吐出ヘッドは、プリント媒体の搬送方向に対して略平行に配列された複数の吐出口からなる複数の吐出口列と、前記各吐出口にそれぞれ対向して配置され、前記各吐出口から液体を吐出させるための複数の吐出エネルギ発生部とを有し、前記プリント媒体の搬送方向に対して交差する方向に走査がなされる液体吐出ヘッドにおいて、
各吐出口列は、第１の吐出体積の液滴が吐出される第１の吐出口と、前記第１の吐出体積よりも少ない吐出体積である第２の吐出体積の液滴が吐出される第２の吐出口と、を含み、隣接する吐出口列同士で前記走査方向に第１の吐出口と第２の吐出口とを対に有するとともに、複数の前記第１の吐出口からなる第１の吐出口群が、前記吐出口列の、画像形成に寄与する末端の吐出口を含むように前記吐出口列の両端側に配置され、複数の前記第２の吐出口からなる少なくとも１つの第２の吐出口群が前記第１の吐出口群の間に配置された第１の吐出口列を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【０００９】
上記の通り構成された本発明の液体吐出ヘッドは、吐出体積の大きい第１の吐出口群が、吐出口列の、画像形成に寄与する末端の吐出口を含むように吐出列の両端側に配置され、第１の吐出口群の間に配置されている第２の吐出口群を構成する吐出口から吐出される液滴の吐出体積を小さくしている。このように、第２の吐出口群、すなわち、吐出口列の中間部から吐出された液滴が飛翔することにより生じる減圧状態が弱まり、大液滴吐出時に吐出口列の端部の吐出口から吐出される液滴のヨレ量を減少させることができる。
【００１０】
さらに、本発明の液体吐出ヘッドは、階調記録を行える構成でヘッドの大型をもたらすことなく、上述の液滴のヨレ量の低減を達成することができる。
【００１１】
また、第１の吐出口群を構成する吐出口の吐出口面積は、第２の吐出口群を構成する吐出口の吐出口面積に比べて大きいものであってもよい。
【００１２】
さらに、本発明の液体吐出ヘッドは、吐出エネルギ発生部が、液体に膜沸騰を生じさせて吐出口から液体を吐出させるための熱エネルギを発生する電気熱変換体を有するものであってもよい。
【００１３】
本発明のヘッドカートリッジは、本発明の液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドに供給される液体を貯溜する液体タンクとを具えていることを特徴としており、液体タンクが、着脱手段を介して液体吐出ヘッドに対して着脱可能であってもよい。
【００１４】
本発明の画像形成装置は、本発明の液体吐出ヘッドの取り付け部と、プリント媒体の搬送手段とを具え、前記液体吐出ヘッドの吐出口から吐出される液体によってプリント媒体に画像を形成することを特徴とする。
【００１５】
上記の通りの本発明の画像形成装置は、本発明の液体吐出ヘッドによりプリント媒体に画像を形成するため、従来課題であった、プリント媒体に対して所期の位置に吐出されなくなる、いわゆるヨレ量を低減させている。よって、べたプリントを行った場合でもスジが発生しない高精細かつ高階調の高品位プリント画像を得ることができる。
【００１６】
また、本発明の画像形成装置は、取り付け部が、プリント媒体の搬送方向と交差する方向に走査移動可能なキャリッジを有するものであってもよいし、液体吐出ヘッドが、着脱手段を介してキャリッジに対して着脱自在に搭載されるものであってもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
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。
【００１８】
なお、以下の各実施形態で示される数値は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではない。また、本発明は、各実施形態に限らず、これらをさらに組み合わせるものであってもよく、この明細書の特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるべき他の技術にも応用することができる。
（第１の実施形態）
本発明による画像形成装置をインクジェットプリンタに応用した一実施形態について、図１〜図７を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施形態に限らず、これらをさらに組み合わせたり、この明細書の特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるべき他の技術にも応用したりすることができる。
【００１９】
本実施形態におけるインクジェットプリンタの機構部分の外観を図１に示し、このインクジェットプリンタに用いられるヘッドカートリッジの外観を分解状態で図２に示し、そのプリントヘッドの外観を図３に示す。すなわち、本実施形態におけるインクジェットプリンタのシャシー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、このインクジェットプリンタの骨格をなす。シャシー１０には、図示しないシート状のプリント媒体をインクジェットプリンタの内部へと自動的に給送する媒体給送部１１と、この媒体給送部１１から１枚ずつ給送されるプリント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へとプリント媒体を導く媒体搬送部１３と、プリント位置に搬送されたプリント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。
【００２０】
プリント部は、キャリッジ軸１５に沿って主走査方向に移動可能に支持されたキャリッジ１６と、このキャリッジ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。
【００２１】
ヘッドカートリッジ１８が搭載されるキャリッジ１６には、このヘッドカートリッジ１８のプリントヘッド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と、プリントヘッド１９のタンクホルダ２１と係合してプリントヘッド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とが設けられている。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、またプリントヘッド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プリントヘッド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。
【００２２】
プリントヘッド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、このコンタクトＦＰＣ２２の一端部に形成された図示しないコンタクト部と、プリントヘッド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、プリントのための各種情報の授受やプリントヘッド１９への電力の供給などを行い得るようになっている。
【００２３】
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、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のコンタクト部とプリントヘッド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。
【００２４】
本実施形態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、このインクタンク２４から供給されるインクをプリント情報に応じてプリントヘッド１９の吐出口２５（図４参照）から吐出させる前述のプリントヘッド１９とを有する。本実施形態のプリントヘッド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。
【００２５】
また、本実施形態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、例えば黒色、淡シアン色、淡マゼンタ色、シアン色、マゼンタ色および黄色の各色インクが独立した６個のインクタンク２４を使用可能としている。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、この取り外し用レバー２６を操作することにより、図３に示すように、プリントヘッド１９に対してそれぞれ取り外し可能となっている。
【００２６】
プリントヘッド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。本実施形態におけるプリントヘッド１９のプリント素子基板２７の破断構造を図４に示し、そのＡ−Ａ´断面構造を図５にそれぞれ示す。本実施形態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吐出エネルギ発生部、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。すなわち、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が形成されており、被覆樹脂層３６を介して吐出口２５が形成された吐出口プレート５が積層されている。インク供給口２８の両側には、プリント媒体の搬送方向、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（本実施形態では片側１２８個）の電気熱変換体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、それぞれ吐出エネルギ発生部を構成している。プリント素子基板２７には、これら電気熱変換体２９の他、電気熱変換体２９とプリンタ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。
【００２７】
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り、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、プリンタ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とを有しており、このコンタクト部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。この電気配線基板を介して図示しない駆動ＩＣから電気熱変換体２９に対する駆動信号が与えられ、同時に駆動電力がこの電気熱変換体２９に供給される。
【００２８】
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。
【００２９】
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を介して電気熱変換体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、この上板部材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。これら共通インク室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。
【００３０】
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に臨む電気熱変換体２９に駆動信号が与えられることにより、電気熱変換体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。
【００３１】
本実施形態のプリントヘッドは、１２８個の吐出口２５が６００ｄｐｉのピッチで２列に配列されている。吐出インク滴の吐出体積は、５．０ｐｌと２．５ｐｌの２種類であり、インク密度は１．０５である。インクジェット記録装置のキャリッジ走査方向の解像度は６００ｄｐｉであり、駆動周波数は１５．０ｋＨｚであるので、キャリッジの移動速度は約６３５ｍｍ/ｓであり、一つの吐出口では最短時間間隔約６６．７μｓごとに吐出を行うことになる。また、吐出口面から紙面までの距離は１．５ｍｍである。また、インクジェット記録装置は、片方向記録を行っている。
【００３２】
本発明者の検討によると、図６に示すように吐出口から同時に吐出される吐出液滴数、すなわち、同時に作動するノズル本数が片側８本以下では、端部の吐出液滴のヨレが数μｍ以下であり、画像上問題が無いヨレ量であった。
【００３３】
そこで、本実施形態では、図７に示すように、吐出口列６０は、１２８ノズルのうち、両端の８ノズル、すなわち、末端吐出口２５´を含む８個の吐出口２５（両側で計１６個）からなる第１の吐出口群５０から５．０ｐｌの吐出体積のインク滴を吐出させるものとし、各第１の吐出口群５０の間の中間部に位置する残りの１１２ノズル、すなわち、１１２個の吐出口２５からなる第２の吐出口群５１からは、２．５ｐｌの吐出体積のインク滴を吐出させるものとした。
【００３４】
また、吐出口列６１は、吐出口列６０とは逆に、第２の吐出口群５１を列の両端側に、第２の吐出口群５１の間の中間部に第１の吐出口群５０が配置されている。５ｐｌを吐出する第１の吐出口群５０の吐出口２５の口径はφ１６．０μｍ、電気熱変換体は２６×２６μｍであり、２．５ｐｌを吐出する第２の吐出口群５１の吐出口２５の口径はφ１１．０μｍ、電気熱変換体は２２×２２μｍである。また、吐出口列６０と吐出口列６１列間の距離は２１５μｍである。
【００３５】
なお、本実施形態では、形成されている吐出口２５が画像形成にすべて使用されているが、ダミー吐出口として画像形成に使用しない吐出口が形成されている場合には、ダミー吐出口を除き画像形成に使用する吐出口２５のうち、末端に位置する吐出口２５を末端吐出口２５´とする。
【００３６】
本発明でのインクジェット記録装置は、吐出体積が５．０ｐｌのノズルは１パス記録で使用されるが、本実施形態のプリントヘッドでは、５．０ｐｌのノズルに対応する第１の吐出口群５０が吐出口列６０と吐出口列６１列に分けて配置されている、すなわち、主走査方向にずれて配置されており、また、吐出口列６０における中間部に、第２の吐出口群５１を配置して吐出体積を２．５ｐｌに減らしたことにより、１パス記録の際の、端部の１６個の吐出口２５におけるヨレ量は、比較した従来ヘッドの場合が２０μｍだったのに対して、５μｍと低減され、キャリッジ走査のつなぎスジがなくなった。
【００３７】
また、上述の１パス記録は、第１の吐出口群５０（５.０ｐｌのノズル）および第２の吐出口群５１（２．５ｐｌのノズル）の双方から吐出させた場合の一例であるが、１パス記録において高速で記録するために第１の吐出口群５０（５.０ｐｌのノズル）のみで記録した場合、吐出口列６０では、両端部に位置する第１の吐出口群５０のみからインク滴が吐出されることとなり、中間部の第２の吐出口群５１からはインク滴が吐出されていないため、、中間部の液滴が飛翔することにより生じる減圧状態が発生せず、よって、端ヨレが発生しにくくなり、端部の１６個の吐出口２５におけるヨレ量は、４μｍと低減され、キャリッジ走査のつなぎスジがなくなった。
【００３８】
一方、本発明でのインクジェット記録装置は、マルチパスにおいては、５．０ｐｌのノズルも２．５ｐｌのノズルも使用されるが、マルチパスの一つである４パスで検討を行ったところ、各パス毎の記録デューティが下がっていることから、端ヨレ量が減少し、約６μｍとなり、また５．０ｐｌと２．５ｐｌで記録した場合には５．０ｐｌがヨレた方がより目立ちやすいことから、スジの発生は無かった。
【００３９】
なお、本実施形態では、吐出口列６０の両端部に配置されてる第１の吐出口群５０は、各８個ずつの吐出口２５、計１６個の吐出口からなる例を示したが、この個数に限定されるものではない。
（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態では、第１および第２の列を構成する吐出口の数がそれぞれ１２８個ずつであったのに対し、本実施形態では、それぞれ２５６個ずつ配列され、かつ、中間部に吐出体積が大きいインク滴が吐出される吐出口が配列されているプリントヘッドに関して説明する。なお、第１の実施形態と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。
【００４０】
図８に本実施形態のプリントヘッドの吐出口の配列を示す破断平面図を示す。
【００４１】
吐出口列６５は、両端部に各８個ずつの吐出口２５からなる第１の吐出口群５０が配置され、この両側の第１の吐出口群５０のそれぞれに隣接して第２の吐出口群５１が配置され、さらに、これら第２の吐出口群５１の間に６４個の吐出口２５からなる第１の吐出口群５０が配置されている。
【００４２】
また、吐出口列６６は、吐出口列６５の配列とは逆に、両端部に各８個ずつの吐出口２５からなる第２の吐出口群５１が配置され、この両側の第２の吐出口群５１のそれぞれに隣接して第１の吐出口群５０が配置され、さらに、これら第１の吐出口群５０の間に６４個の吐出口２５からなる第２の吐出口群５１が配置されている。
【００４３】
吐出口２５を上述のような配列とし、第１の実施形態と同様の条件で記録を実行したところ、両端部の１６個の吐出口２５から吐出されたインク滴のヨレ量は、比較した従来ヘッドの場合が２０μｍだったのに対して、６μｍと低減され、キャリッジ走査のつなぎスジがなくなった。
（第３の実施形態）
上述した第１の実施形態で説明したプリントヘッドでは、第１および第２の列がそれぞれ１列ずつ設けられた構成であったのに対し、本実施形態のプリントヘッドは、第１および第２の列がそれぞれ複数設けられ、往復走査における双方向記録が可能な構成となっている。なお、本実施形態においても、第１の実施形態と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。
【００４４】
図９に本実施形態のプリントヘッドの吐出口の配列を示す破断平面図を示す。
【００４５】
本実施形態のプリントヘッドには１０列の吐出口列７１〜７５、８１〜８５が所定のピッチで配設されている。吐出口列７３、７５、８３、８５は、両端部に第１の吐出口群５０が配置され、その間に第２の吐出口群５１が配置された、第１の実施形態で示した吐出口列６０と同様の構成となっており、また、吐出口列７２、７４、８２、８４は、両端部に第２の吐出口群５１が配置され、その間に第１の吐出口群５０が配置された、第１の実施形態で示した吐出口列６１と同様の構成となっており、吐出口列７１、８１は、第１の吐出口群５０のみから構成されている。
【００４６】
また、吐出口列７５、７３、７１、８３、８５は、ｉ番目の吐出口が図中破線上で対応するように配置された第１の吐出口列群９０を形成し、吐出口列７４、７２、８１、８２、８４は、ｊ番目の吐出口が図中破線上で対応するように配置された第２の吐出口列群９１を形成している。
【００４７】
また、１０列の各吐出口列について、最も外側の吐出口列７４、７５、８４、８５からはシアン（Ｃ）を、吐出口列７２、７３、８２、８３からはマゼンタ（Ｍ）を、最も内側の互いに隣接する吐出口列７１、８１からはイエロー（Ｙ）を吐出するものである。
【００４８】
本実施形態では、１２００ｄｐｉのピッチで１２８個の吐出口が各列に配列されていて、吐出口からインク滴が媒体へ向けて吐出されるものである。吐出インク滴の吐出体積は５．０ｐｌ、インク密度は１．０５であり、記録において副走査方向（吐出口列方向）の解像度である１２００ｄｐｉにドットを埋めて白スジが発生しないのに十分な吐出体積である。インクジェット記録装置のキャリッジ走査方向の解像度は６００ｄｐｉ、記録解像度は１２００ｄｐｉであり、駆動周波数は１５．０ｋＨｚであるので、キャリッジの移動速度は約６３５ｍｍ/ｓであり、一つの吐出口では最短時間間隔約８０μｓごとに吐出を行うことになる。また、吐出口面から紙面までの距離は１．５ｍｍである。また、インクジェット記録装置は、双方向記録が行われる。
【００４９】
本発明者の詳細な検討から、両端部の吐出口群を、中間部の吐出口群に対して主走査の進行方向（前方）へずらした構成のヘッドと、この逆に、両端部の吐出口群を、中間部の吐出口群に対して主走査の進行方向と逆方向（後方）へずらした構成のヘッドとにより比較検討を行ったところ、端部のノズルから吐出される液滴のヨレ量が、前者は６μｍとなり、後者の９μｍに対して少ないことが明らかとなった。そこで、本実施形態の双方向対応ヘッドにおいては、吐出口列７１〜７４からなる第１の吐出口領域９２では５．０ｐｌのノズルを各色において図面の左側の列に設け、２．５ｐｌのノズルにおいては図面の右側に設けて、一方、吐出口列８１〜８４からなる第２の吐出口領域９３では５．０ｐｌのノズルを各色において図面の右側の列に設け、２．５ｐｌのノズルにおいては図面の左側に設けた構成とした。例えば、シアンインクを吐出する吐出口列７４、７５、８４、８５について、５．０ｐｌで吐出する場合について見てみると、往方向記録時には、吐出口列７５の両端部に位置する第１の吐出口群５０と、吐出口列７４の中間部に位置する第１の吐出口群５０との組み合わせで吐出することで、吐出口列７５の両端部に位置する第１の吐出口群５０の端ヨレ量を低減することができる。また、復方向記録時には、吐出口列８５の両端部に位置する第１の吐出口群５０と、吐出口列８４の中間部に位置する第１の吐出口群５０との組み合わせで吐出することで、吐出口列８５の両端部に位置する第１の吐出口群５０の端ヨレ量を低減することができる。
【００５０】
つまり、このような構成とすることで、往復走査の双方向ともに、吐出体積の大きい第１の吐出口群５０を両端側に有する吐出口列を常に走査方向前方とすることができる。そして、上述したような吐出がなされた場合、往方向記録時には、吐出口列７５の両端側の第１の吐出口群５０が吐出されてから吐出口列７４の第１の吐出口群５０、すなわち、中間部の吐出がなされる。つまり、吐出口列７５では中間部からは吐出されずに両端側のみから液滴が吐出されることで、吐出口列７５の両端部から吐出された液滴は、吐出口列７５自身の中間部の減圧の影響を受けないだけでなく、吐出口列７４の中間部からの吐出が、吐出口列７５の両端部の吐出がなされた後になされるため、吐出口列７４の中間部からの吐出された液滴からの影響を受けにくい。よって、吐出口列端部の液滴のヨレ量を低減させることができる。
【００５１】
このように、１スキャンでの同じ色で２列ある離れた吐出口列（例：吐出口列７５と吐出口列８５）の端ヨレ量を各スキャン毎に均等にすることにより、スジの発生を抑制できた。
（第４の実施形態）
本実施形態のプリントヘッドは、インク供給口を挟んで形成されている吐出口が千鳥状に配置された構成となっていることを特徴とするものである。なお、本実施形態においても、第１の実施形態と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。
【００５２】
図１０に本実施形態のプリントヘッドの吐出口の配列を示す破断平面図を示す。
【００５３】
本実施形態のプリントヘッドには１０列の吐出口列１０１〜１０５、１１１〜１１５が所定のピッチで配設されている。吐出口列１０３、１０５、１１３、１１５は、両端部に８個の吐出口２５からなる第１の吐出口群５０がそれぞれ配置され、その間には吐出口は形成されておらず、また、吐出口列１０２、１０４、１１２、１１４は、吐出口列１０３、１０５、１１３、１１５の吐出口２５が形成されていない領域に対応する領域にのみ第１の吐出口群５０が形成されている。これら千鳥状に配置された吐出口２５は、各インク供給口２８の両側の吐出口２５の合計が２５６個となるように配列されている。吐出口列１０１、１１１は、インク供給口２８の両側にそれぞれ２５６個ずつの第１の吐出口群５０からなる吐出口２５が配列されている。これら吐出口２５、および電気熱変換体２９は、６００ｄｐｉのピッチで配列されている。本実施形態のプリントヘッドも、第３の実施形態と同様に、往復双方向に対応するヘッド構成とするため、往方向走査時には、両側に第１の吐出口群５０が配置された吐出口列１０５、１０３が、中間部にのみ第１の吐出口群５０が形成されている吐出口列１０４、１０２の前方となるように配置された第１の吐出口領域１２０と、復方向走査時には、両側に第１の吐出口群５０が配置された吐出口列１１５、１１３が、中間部にのみ第１の吐出口群５０が形成されている吐出口列１１４、１１２の前方となるように配置された第２の吐出口領域１２１とを有する構成となっている。
【００５４】
このように、本実施形態の場合、いわゆる中間部に吐出口が形成されていないため、両側に配置された第１の吐出口群５０から吐出されたインク滴は、中間部での減圧の影響を受けることがない構成となっている。
【００５５】
以上の構成とし、第１の実施形態と同様の条件で記録を実行したところ、両端部の１６個の吐出口２５から吐出されたインク滴のヨレ量は、比較した従来ヘッドの場合が２０μｍだったのに対して、６μｍと低減され、キャリッジ走査のつなぎスジがなくなった。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、第１の吐出口群の間に配置されている第２の吐出口群を構成する吐出口から吐出される液滴の吐出体積を小さくしたことにより、中間部の液滴が飛翔することにより生じる減圧状態が弱まり、大滴吐出時の吐出口列の端部の吐出口から吐出される液滴のヨレ量を減少させることができ、さらに、階調記録を行える構成でヘッドの大型をもたらすことなく、上述の液滴のヨレ量の低減を達成することができる。よって、べたプリントを行った場合でも白筋が発生しない高精細かつ高階調の高品位プリント画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による画像形成装置をインクジェットプリンタに応用した一実施形態の概略構造を表す斜視図である。
【図２】本発明によるヘッドカートリッジを図１に示すインクジェットプリンタに適用した一実施形態の外観を分解状態で表す斜視図である。
【図３】図２に示したヘッドカートリッジにおけるプリントヘッドの部分の斜視図である。
【図４】図３に示したプリントヘッドの主要部の概略構造を表す破断斜視図である。
【図５】図４に示したプリントヘッドのＡ−Ａ´線での断面図である。
【図６】吐出液滴数とヨレ量との関係を示したグラフである。
【図７】本発明の第１の実施形態におけるプリントヘッドの吐出口および電気熱変換体の配列を示す平面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態におけるプリントヘッドの吐出口および電気熱変換体の配列を示す破断平面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態におけるプリントヘッドの吐出口および電気熱変換体の配列を示す破断平面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態におけるプリントヘッドの吐出口および電気熱変換体の配列を示す破断平面図である。
【図１１】従来のプリントヘッドにより記録した際に生じるスジを示した一例である。
【図１２】従来のインクジェットプリンタによるインクの吐出状態、およびプリント媒体に１パスで形成されるべた画像の一例を模式的に表す概念図である。
【図１３】従来のインクジェットプリンタによるインクの吐出状態、およびプリント媒体に１パスで形成されるべた画像の他の例を模式的に表す概念図である。
【符号の説明】
１０ シャシー
１１ 媒体給送部
１２ 媒体排出部
１３ 媒体搬送部
１４ ヘッド回復部
１５ キャリッジ軸
１６ キャリッジ
１７ ヘッドセットレバー
１８ ヘッドカートリッジ
１９ プリントヘッド
２０ キャリッジカバー
２１ タンクホルダ
２２ コンタクトフレキシブルプリントケーブル（コンタクトＦＰＣ）
２３ コンタクト部
２４ インクタンク
２５ 吐出口
２５´ 末端吐出口
２６ 取り外し用レバー
２７ プリント素子基板
２８ インク供給口
２９ 電気熱変換体
３０ 電極端子
３１ 共通インク室
３２ 上板部材
３３ インク路
３４ 仕切り壁
３５ 吐出口面
５０ 第１の吐出口群
５１ 第２の吐出口群
６０、６１、６５、６６、７１〜７５、８１〜８５、１０１〜１０５、１１１〜１１５ 吐出口列
９０ 第１の吐出口列群
９１ 第２の吐出口列群
９２、１２０ 第１の吐出口領域
９３、１２１ 第２の吐出口領域
Claims (11)
- プリント媒体の搬送方向に対して略平行に配列された複数の吐出口からなる複数の吐出口列と、前記各吐出口にそれぞれ対向して配置され、前記各吐出口から液体を吐出させるための複数の吐出エネルギ発生部とを有し、前記プリント媒体の搬送方向に対して交差する方向に走査がなされる液体吐出ヘッドにおいて、
各吐出口列は、第１の吐出体積の液滴が吐出される第１の吐出口と、前記第１の吐出体積よりも少ない吐出体積である第２の吐出体積の液滴が吐出される第２の吐出口と、を含み、隣接する吐出口列同士で前記走査方向に第１の吐出口と第２の吐出口とを対に有するとともに、複数の前記第１の吐出口からなる第１の吐出口群が、前記吐出口列の、画像形成に寄与する末端の吐出口を含むように前記吐出口列の両端側に配置され、複数の前記第２の吐出口からなる少なくとも１つの第２の吐出口群が前記第１の吐出口群の間に配置された第１の吐出口列を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記第１の吐出口列は、記録時における走査方向の前方に配置されている請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記液体吐出ヘッドは、前記プリント媒体の搬送方向に対して交差する方向に往復走査されるものであり、往方向および復方向のいずれの走査時にも前記第１の吐出口列が走査方向の前方となるように配置されている請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第１の吐出口群を構成する吐出口の吐出口面積が、前記第２の吐出口群を構成する吐出口の吐出口面積に比べて大きい、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記吐出エネルギ発生部が、液体に膜沸騰を生じさせて前記吐出口から液体を吐出させるための熱エネルギを発生する電気熱変換体を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
- 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドに供給される液体を貯溜する液体タンクとを具えていることを特徴とするヘッドカートリッジ。
- 前記液体タンクが、着脱手段を介して前記液体吐出ヘッドに対して着脱可能である、請求項６に記載のヘッドカートリッジ。
- 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの取り付け部と、プリント媒体の搬送手段とを具え、前記液体吐出ヘッドの吐出口から吐出される液体によってプリント媒体に画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
- 前記取り付け部が、プリント媒体の搬送方向と交差する方向に走査移動可能なキャリッジを有する、請求項８に記載の画像形成装置。
- 前記液体吐出ヘッドが、着脱手段を介して前記キャリッジに対して着脱自在に搭載される、請求項９に記載の画像形成装置。
- プリント媒体の搬送方向に対して略平行に配列された複数の吐出口からなる複数の吐出口列と、前記各吐出口にそれぞれ対向して配置され、前記各吐出口から液体を吐出させるための複数の吐出エネルギ発生部とを有し、前記プリント媒体の搬送方向に対して交差する方向に走査がなされる液体吐出ヘッドにおいて、各吐出口列は、第１の吐出体積の液滴が吐出される第１の吐出口と、前記第１の吐出体積よりも少ない吐出体積である第２の吐出体積の液滴が吐出される第２の吐出口と、を含み、隣接する吐出口列同士で前記走査方向に第１の吐出口と第２の吐出口とを対に有するとともに、前記液体吐出ヘッドは、複数の前記第１の吐出口からなる第１の吐出口群が、前記吐出口列の、画像形成に寄与する末端の吐出口を含むように前記吐出口列の両端側に配置され、複数の前記第２の吐出口からなる少なくとも１つの第２の吐出口群が前記第１の吐出口群の間に配置された第１の吐出口列を有し、第１の吐出口のみを用いて記録を行う第１吐出モードと、第１の吐出口および第２の吐出口を用いて階調記録を行う第２吐出モードと、を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
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