JP4455901B2 - 液滴吐出ヘッド、液体カートリッジおよびこれを使用した液滴吐出装置 - Google Patents
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Description
特許文献1は大きさの異なるドットによって高階調かつ高画質の画像を記録することができるインクジェット記録ヘッド、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を開示している。
具体的には大小2種類のノズル径を有するインクジェット記録ヘッドであり、第1吐出口の中心を通って記録ヘッドの主走査方向に延在する仮想線上に少なくとも1つの第2吐出口の中心が配置される。第2吐出口は第1吐出口よりもインク滴の吐出体積が小さく、かつ第1吐出口よりも数が多いことが特徴である。
特許文献2において、インクジェット記録ヘッドは複数のエネルギ発生素子が設けられた基板とこの基板に接合され、各エネルギ発生素子に対面する位置に吐出口1、吐出口2が形成されたプレート部材とを有している。
吐出口1、吐出口2は互いに直径が異なっており、吐出口1の開口面積に比べて吐出口2の開口面積の方が小さい。プレート部材は基板との接合面に対してオリフィス面が傾斜しており、吐出口1が形成された部分に比べて吐出口2が形成された部分の厚みが薄くなっている。
特許文献3は、吐出口と、この吐出口にインクを導くための複数のインク流路と、吐出口に対して設けられかつインク流路内のインクに対して熱エネルギを作用させる発熱素子とで構成される吐出部とを有することを開示している。
そのさい発熱素子はインクを吐出させるための気泡を発生し、吐出部はインク流路のそれぞれに異なるインク吐出量で複数設けられている。1つのインク流路に対して、複数のインク吐出口を有している。
この液体噴射記録ヘッドにおいては前記熱エネルギ作用部を独立に駆動可能でかつ前記吐出口からほぼ等距離のところに配置した2つの発熱体で構成し、かつ一方の発熱体の発熱能力を他方のそれの1倍より大きく2倍より小さくした。上記構成にすることで熱エネルギによって液体を噴射させるインクジェット記録ヘッドにおいて多値記録を可能にし、その階調幅を広くすることができるようになっている。
特許文献5は、液体に微粒子を分散させて記録液体とし、この記録液体を吐出口から吐出させ、被記録媒体に付着させて記録を行うときに、前記微粒子の大きさをDp、吐出口の大きさをDoとして、DpとDoの比を0.001≦Dp/Do≦0.01とすることを開示している。
この特許文献5には、色により微粒子の大きさが異なるときにその微粒子の大きさにより吐出口の大きさを異なるものにすることが記載されている。
液滴吐出ヘッドとしては、例えば液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、DNAの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、インクを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド等がある。
この中でプリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像記録装置(画像形成装置)として用いるインクジェット記録装置は、インク滴を吐出する吐出口と、この吐出口が連通する加圧液室(インク流路、吐出室、圧力室、流路とも称される)と、この液室内のインクを加圧するための駆動手段(圧力発生手段)とを備えた液滴吐出ヘッドとしてのインクジェット記録ヘッドを搭載している。以下では上記インクジェット記録ヘッドを中心に説明をする。
上記駆動手段の中でインクを加熱して気泡を発生させ、その圧力でインクを吐出させる方法ではインクを加熱する加熱手段として電気熱変換素子を備えている。すなわち、このインクジェット記録ヘッドは電気信号が印加されることにより、発熱してインクを加熱することができる発熱抵抗体(以下「ヒータ」と示す)と、このヒータに電気信号を印加するための電極とを有する。
インクはヒータの発熱により発泡し、その発泡エネルギによって吐出口からインク滴が吐出される。またここで使用されるインクは一般に顔料や染料などの記録成分とこれを溶解または分散させるための水、あるいは水と水溶性有機溶剤とからなる溶媒成分とによって形成されている。
なお、ヒータおよび電極などは半導体プロセスによって形成されるものであり、例えば基板上(例えば、Si、ガラス、セラミックス等)に設けられた発熱抵抗体上に中間層を介して電気良導体である金属からなる配線部が形成される。
その配線部は上記中間層を露出するように積層して形成され、その露出した部分がヒータとなる。またヒータおよび電極上には、必要に応じてインクによる電食、酸化を防ぐための耐熱性、インク液遮断性に優れた保護膜等が形成される。
上記のようなヒータを駆動手段とするインクジェット記録装置においては、その気泡の発生メカニズムは伝熱理論の分野で知られている、いわゆる膜沸騰現象を利用しているものであり、この膜沸騰現象によって発生する気泡は気泡の発生〜消滅の再現性が非常に良く、インクジェットのインク噴射の駆動手段としては最適のものである。
しかしながら、その気泡の発生〜消滅の挙動は気泡の発生と消滅(1か0か)というように2値的な挙動であって気泡の大きさを変化させることは困難である。したがってこのようなヒータを駆動手段とするインクジェット記録装置は2値記録に適した記録方法である。
そしてこのような高階調記録を実現するための方法として、例えば特許文献9に開示されている方法がある。それによれば少なくとも2つの独立に信号を入力し得るヒータの各々に入力される信号の入力タイミングを適宜ずらすことによって階調記録を行うというものである。
つまり、2つのヒータで2つの気泡を発生させ、その発生タイミングをずらして吐出口より吐出させるインク滴の量を微妙に変化させようとするものである。ところが上記方法では気泡の発生〜消滅のタイミングを制御良く管理する必要があり、必ずしも再現性良く実現することができなかった。
図15(a)、図16(a)、図17(a)は各々インクジェット記録ヘッドの平面図である。図15(b)は図15(a)のA−A’線における断面図、図16(b)は図16(a)のA−A’線における断面図、図17(b)は図17(a)のA−A’線における断面図、図17(c)は図のB−B’線における断面図を示している。
図15、図16、図17に示すインクジェット記録ヘッドは、いわゆるサイドシュータ型と言われるもので、複数のインク通路11、12およびエネルギ発生素子13、14が設けられた基板15と各エネルギ発生素子に対抗する位置にそれぞれ吐出口16、17が形成されている。
吐出口16、17は2列に配列され、各列で吐出口の開口面積が異なっている。またそれに応じてエネルギ発生素子もエネルギをインクに作用させる領域の面積が吐出口の列毎に異なっている。
図15に示す例では吐出口の開口面積、エネルギ発生素子の面積、およびインク通路の幅は図中左側の列(L1)よりも右側の列(L2)の方が大きくなっている。これにより、左側の列(L1)の吐出口16から吐出されるインクの体積は小さく、右側の列(L2)の吐出口17から吐出されるインクの体積は相対的に大きく、結果的に2種類の大きさのインク滴を吐出することができる。
図15に示した従来例の場合は、小インク滴吐出用の吐出口16の中心からヘッドの走査方向(図中、左右方向)へ延在する仮想線L0は大インク滴吐出用の吐出口17の中心を通過している。
この場合、後述する図6の(a)に示すように被記録媒体にインク滴を吐出した場合、各々のドット同士の繋ぎ部が一致してしまい、ドット間の隙間が連続してしまうために記録画像にスジとなってしまうという不具合が生じてしまう。
また、上記ドット間の隙間を埋めるために被記録媒体をチャンネル間隔の幅分だけ走査する間にヘッドを2度走査することで回避することができるが、これでは高速化に不向きとなる。
この構成の場合は、後述する図6の(b)に示すように被記録媒体にインク滴を吐出した際に各々のドット同士の繋ぎ部が一致しないため図15に記載したヘッドで発生していたスジの不具合は発生しなくなる。
図16の構成では小インク用の吐出口と大インク用の吐出口の各々のチャンネル間間隔は等しくなっている。この場合、小インク用の吐出口と大インク用の吐出口の開口面積の差には限界があり、階調記録は可能であるが、さらなる高階調かつ高解像の記録を実施する場合には不具合が生じてしまう。
また図17には小インク滴を吐出する吐出口の開口面積と大インク滴を吐出する吐出口の開口面積の差を大きくするために小インク用の吐出口と大インク用の吐出口の各々のチャンネル間間隔を異ならせている。
この構成にすることによって小インク滴を吐出する吐出口の開口面積と大インク滴を吐出する吐出口の開口面積の差を大きくして高階調画像を記録することが可能となるが、大インク滴用のチャンネル間間隔を広くする必要があり、解像度が低下する、あるいは高速化に不利となる等の不具合が生じてしまう。
このような構成のインクジェット記録ヘッドによれば、体積の大きい方のインク滴(以下、大インク滴と呼ぶ)のみを吐出するインクジェット記録ヘッドに比べてより高階調の記録を行うことができる。
しかも体積の小さなインク滴(以下、小インク滴と呼ぶ)のみを吐出するインクジェット記録ヘッドに比べてより高速で記録することが可能となる。そしてこれらの大インク滴と小インク滴の比率は自由に組み合わせることができるので幅広い記録特性の記録を実施することができる。
第1吐出口の中心を通って記録ヘッドの主走査方向に延在する仮想線上に少なくとも1つの第2吐出口の中心が配置される形態のものである。第2吐出口は第1吐出口よりもインク滴の吐出体積が小さく、かつ第1吐出口よりも数が多いことが特徴である。
また、特許文献2にて開示されているものでは、インクジェット記録ヘッドは複数のエネルギ発生素子が設けられた基板とこの基板に接合され、各エネルギ発生素子に対面する位置に第1吐出口、第2吐出口が形成されたプレート部材とを有しているものである。
第1吐出口、第2吐出口は互いに直径が異なっており、第1吐出口の開口面積に比べて第2吐出口の開口面積の方が小さい。プレート部材は基板との接合面に対してオリフィス面が傾斜しており、第1吐出口が形成された部分に比べて第2吐出口が形成された部分の厚みが薄くなっていることが特徴である。
上記の従来例ではいずれも大きさ(開口面積)の異なる吐出口を有することで単一の大きさ(開口面積)を有するインクジェット記録ヘッドでは不可能であった高階調記録を可能にしているものであるが、依然、高階調と高解像および高速記録をともに満足できるものではない。
そこで、本発明の目的は、具体的には液滴を吐出させるための吐出口として所定の体積の液滴を吐出するための複数の第1吐出口とこの第1吐出口とは異なる体積の液滴を吐出するための複数の第2吐出口と前記第1吐出口および前記第2吐出口とは異なる体積の液滴を吐出するための複数の第3吐出口とを少なくとも備えて、異なる3水準以上の体積の液滴を吐出することを可能とし、高階調かつ高画質の画像を高速に記録する液滴吐出ヘッド、これを使用した液滴吐出装置およびこれを備えたインクジェット記録装置を提供することにある。
所定体積の液滴を吐出するための複数の第1吐出口と、
この第1吐出口とは異なる所定体積の液滴を吐出するための複数の第2吐出口と、
前記第1吐出口および前記第2吐出口とは異なる所定体積の液滴を吐出するための複数の第3吐出口と、を少なくとも備え、
前記吐出口から液滴を吐出させるための吐出エネルギ発生手段と液体を各吐出口まで供給する液体供給路と前記吐出口とを含む複数のチャンネルが被記録媒体の走査方向に沿って形成され、各チャンネル共通の液室が形成されており、
前記各チャンネル共通の液室の両側にはチャンネル列が形成されており、
片側のチャンネル列を第1チャンネル列、他方のチャンネル列を第2チャンネル列とした場合に、前記第1チャンネル列のn番目のチャンネルの吐出口が第1吐出口を有しているときn−1番目およびn+1番目のチャンネルが第2吐出口を有し、前記第2チャンネル列のm番目のチャンネルの吐出口が第1吐出口を有している場合にm−1番目およびm+1番目のチャンネルが第3吐出口を有する
構成とした。
ここで、各第1吐出口の中心を通って被記録媒体が走査する方向、或いは各第1吐出口の中心を通って被記録媒体が走査する方向と交差する方向に、延在する第1仮想線上に少なくとも1つの第2吐出口あるいは第3吐出口の中心が位置する構成とできる。
また、各第1吐出口同士の中心を通り、前記被記録媒体が走査する方向に延在する仮想線と、各第2吐出口同士あるいは各第3吐出口同士の中心を通り前記被記録媒体が走査する方向に延在する仮想線とが重なっていない構成とできる。
本発明に係る液体カートリッジは、本発明に係る液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとこの液滴吐出ヘッドに液体を供給するタンクを一体化した構成とした。
本発明に係る液滴吐出装置は、本発明に係る液滴吐出ヘッド、本発明に係る液体カートリッジを使用した構成とした。
図1(a)、図3(a)は各々インクジェット記録ヘッドの平面図である。図1(b)は図1(a)のA−A’線における断面図、図3(b)は図3(a)のA−A’線における断面図、図1(c)は図1(a)のB−B’線における断面図で、図3(c)は図3のB−B’線における断面図を示している。
図1および図2において、このインクジェット記録ヘッド(液滴吐出ヘッド)Aは複数のインク流路21、22、23、インクを加熱発泡させるためのヒータ24、25、26、インクを吐出する吐出口27、28、29が1200dpiで形成されている。
吐出口27、28、29は、それぞれの役割、すなわち小インク滴を吐出させるための第1吐出口27、中インク滴を吐出させるための第2吐出口28、大インク滴を吐出させるための第3吐出口29の各役割を有している。
インクタンク(図示略)から供給されたインクは各チャンネル共通の液室20に一時的に保持され、さらに毛細管現象により各インク流路21、22、23に進入し、吐出口27、28、29にてメニスカスを形成する。これにより、インク流路21、22、23はインクで満たされた状態に保たれる。
この状態で各ヒータ24、25、26に駆動パルスを印加してそれを発熱させてインクに熱エネルギを与えることによりインクに急激な体積変化(気泡の発生)を伴う状態変化が生じ、この状態変化に基づく作用力によって吐出口27、28、29からインクが吐出される。
図1および図2では各チャンネル共通の液室20の両側にチャンネル列が形成されており、図中左側のチャンネル列(L1)においてn番目のチャンネルの吐出口が第1吐出口27を有している場合に、n−1番目およびn+1番目のチャンネルは第2吐出口28を有するように配置されている。
また、図中右側のチャンネル列(L2)においてm番目のチャンネルの吐出口が第1吐出口27を有している場合にm−1番目およびm+1番目のチャンネルは第3吐出口29を有するように配置されている。
上記構成とすることで異なる3水準の体積の液滴を吐出することが可能になるため、高階調かつ高画質の画像を記録することができる。また液滴間画像濃度の薄い領域に効率よく液滴を埋めることが可能であるため、スジの発生などによる画像劣化を防ぐことが可能となる。
また、図1および図2では各第1吐出口27の中心を通って被記録媒体が走査する方向(図中左右方向)に延在する第1仮想線L0上に少なくとも1つの前記第2吐出口28あるいは第3吐出口29の中心が位置するように配置されている。このような構成にすることでより高解像度の記録が可能となる。
吐出口27、28、29は、それぞれの役割、すなわち小インク滴を吐出させるための第1吐出口27、中インク滴を吐出させるための第2吐出口28、大インク滴を吐出させるための第3吐出口29としての役割を有している。
インクタンク(図示略)から供給されたインクは各チャンネル共通の液室20に一時的に保持され、さらに毛細管現象により各インク流路21、22、23に進入し、吐出口27、28、29にてメニスカスを形成する。
これにより、インク流路21、22、23はインクで満たされた状態に保たれる。この状態でヒータ24、25、26に駆動パルスを印加してそれを発熱させてインクに熱エネルギを与えることによりインクに急激な体積変化(気泡の発生)を伴う状態変化が生じ、この状態変化に基づく作用力によって吐出口27、28、29からインクが吐出される。
図3および図4では各チャンネル共通の液室20の両側にチャンネル列が形成されており、図中左側のチャンネル列(L1、L2)においてn番目のチャンネルの吐出口が第1吐出口27を有している場合には、n−1番目およびn+1番目のチャンネルは第2吐出口28を有するように配置されている。
また、図中右側のチャンネル列(L1’、L3)においてm番目のチャンネルの吐出口が第1吐出口27を有している場合にm−1番目およびm+1番目のチャンネルは第3吐出口29を有するように配置されている。
上記構成とすることで異なる体積の液滴を吐出することが可能であるため高階調かつ高画質の画像を記録することができる。また液滴間画像濃度の薄い領域に効率よく液滴を埋めることが可能であるため、スジの発生などによる画像劣化を防ぐことができる。
さらには各第1吐出口27同士の中心を通る仮想線L1、L1’と各第2吐出口28同士の中心を通る仮想線L2、各第3吐出口29同士の中心を通る仮想線L3が重なっていない構成となっている。
このような構成にすることでより高解像度の記録が可能となる。さらには各第1吐出口27同士の中心を通る仮想線L1、L1’と各第2吐出口28同士あるいは第3吐出口29の中心を通る仮想線L2、L3が重なっている場合に比べてチャンネルの密度を高密度にすることができ、より高解像度の記録が可能となる。
また、第1吐出口27と第2吐出口28あるいは第3吐出口29から吐出される液滴の体積の比をより大きくすることが可能となり、高解像度、高階調の記録を高速で行うことが可能となる。
ヒータおよび電極などは半導体プロセスによって形成されるものであり、例えば基板上(たとえば、Si、ガラス、セラミックス等)に設けられた発熱抵抗体(例えば、HfB2、ZrB2、TaN2、TaSi等の耐熱抵抗体)上に中間層(例えば、Ti、Cr等)を介して電気良導体である金属からなる配線部(例えば、Al、Au、Ag、Cu等)が形成される。
さらに絶縁層が形成され、またヒータおよび電極上には必要に応じてインクからの電食、酸化を防ぐための耐熱性、インク液遮断性に優れた保護膜等が形成されている。
(1)顔料 6wt%以上
(2)湿潤剤1
(3)湿潤剤2
(4)水溶性有機溶剤
(5)アニオンまたはノニオン系界面活性剤
(6)炭素数8以上のポリオールまたはグリコールエーテル
(7)エマルジョン
(8)防腐剤
(9)pH調製剤
(10)純水
すなわち印字するための着色剤として顔料を使用し、それを分解、分散させるための溶剤とを必須成分とし、さらに添加剤として湿潤剤、界面活性剤、エマルジョン、防腐剤、pH調製剤とを含んでいる。
このような本発明のインクを使用することによって、とくに普通紙上に印字した場合でも良好な色調(十分な発色性、色再現性を有する)、高い画像濃度、文字を含む画像にフェザリング現象やカラーブリード現象のない鮮明な画像を形成することができるようになる。
また、両面印刷にも耐えうるインク裏抜け現象の少ない画像、高速印刷に適したインク乾燥性、耐光性、耐水性などを有した画像などにもこれらの画像特性に対して十分に満足できる高画質画像を形成することができるようになる。
上記では顔料を使用した場合を記載しているが、染料を使用したインクにおいても本発明の効果を得ることができる。一般には染料の場合は水溶性染料、この染料の溶媒である水、そして乾燥防止剤であるグリコール類の3者を主成分として組成される。
以下に図5、図6、図7、図8を参照しながら本実施の形態におけるプリントヘッドの駆動方法の一例を示す。
図5(a)は本発明の第3の実施の形態におけるインクジェット記録ヘッドCの平面図を示している。また図5(b)は図5(a)のA−A’における断面図を、図5(c)は図5(a)のB−B’における断面図を示している。本実施の形態では各チャンネル共通の液室20から両側のみにインク吐出口を形成しているインクジェット記録ヘッドを使用している。
吐出口は、3種類の開口面積を有するように形成され、小インク滴を吐出するための第1吐出口27と中インク滴を吐出するための第2吐出口28と大インク滴を吐出するための第3吐出口29とが設けられている。
図中のチャンネル列(L1)とチャンネル列(L1’)には夫々第1吐出口27の列が形成されており、図中のチャンネル列(L2)には第2吐出口28の列が、そして図中のチャンネル列(L3)には第3吐出口29の列が形成されている。
また、図中の各チャンネル共通の液室20の左側では、n番目のチャンネルの吐出口が第1吐出口27を有している場合にはn−1番目およびn+1番目のチャンネルは第2吐出口28を有するように配置されている。
さらに図中の各チャンネル共通の液室20の右側では、m番目のチャンネルの吐出口が第1吐出口27を有している場合にm−1番目およびm+1番目のチャンネルは第3吐出口29を有するように配置されている。
また、第1吐出口27同士の中心を結ぶ仮想線L1は、第2吐出口28同士の中心を結ぶ仮想線L2とは重なっていない構成(平行)となっている。同様に第1吐出口27同士の中心を結ぶ仮想線L1’は第3吐出口29同士の中心を結ぶ仮想線L3とは重なっていない構成(平行)となっている。
第1吐出口27と第二吐出口28および第3吐出口29の平面形状は真円形状であり、第1吐出口27は直径10μm、第2吐出口28は直径17μm、第3吐出口29は直径25μmで形成されており、第1吐出口27からは一度の発泡により2plのインク滴が吐出される。
また、第2吐出口28からは一度の発泡により6plのインク滴が、そして第3吐出口29からは一度の発泡により10plのインク滴が吐出される。本実施の形態では吐出口形状が真円であるが、体積の異なるインク滴を吐出できる限り吐出口の形状はどのような形状であっても構わない。
3水準の開口面積の異なる吐出口27、28、29を有することで、図7(a)、(b)、(c)に示すように高階調の印字が可能となる。図7(a)はインクジェット記録ヘッドを一度走査したときに片列の小インク滴のみを吐出した場合のドット配置である。
図7(b)はインクジェット記録ヘッドを一度走査したときに中インク滴のみを吐出した場合のドット配置である。図7(c)はインクジェット記録ヘッドを一度走査したときに大インク滴のみを吐出した場合のドット配置である。その他大インク滴と中インク滴および小インク滴の組み合わせによりインクジェット記録ヘッドの一度の走査で高階調記録が可能である。
また、吐出口開口面積の異なる第1吐出口27と第2吐出口28あるいは第3吐出口29を交互に配置することにより、大ドット、中ドットと小ドットを組み合わせて画像を形成するさいに大ドットあるいは中ドット同士の繋ぎ目と小ドット同士の繋ぎ目が重ならないような印字が1回のヘッドの走査で可能となる。
このため記録画像上におけるスジの発生を抑制することが可能となる。また、第1吐出口27同士の中心を結ぶ仮想線L1、L1’は第2吐出口28同士の中心を結ぶ仮想線L2、第3吐出口29同士を結ぶ仮想線L3とは重なっていない構成となっている。
このために、吐出口密度を低下させることなく小インク滴体積と中インク滴体積、大インク滴体積との間のインク滴体積差を大きくすることができ、より高階調印字が可能となる。
さらには、液滴を吐出させるための吐出エネルギ発生手段と液体を各吐出口まで供給する液体供給路と前記吐出口とを含むチャンネル列が複数形成されている。各第1吐出口27の中心を通ってインクジェット記録ヘッドの走査方向に延在する第1仮想線上L0に少なくとも1つの前記第2吐出口28あるいは第3吐出口29の中心が位置する構成となっている
このため、図7(a)、(b)、(c)に加え、図7(d)、図8(a)、(b)、(c)に示すような階調印字が一度のヘッド走査で可能となる。図7の(d)はインクジェット記録ヘッドを一度走査したときに中インク滴吐出用の吐出口28から吐出したインク滴と小インク滴吐出用の吐出口27から吐出したインク滴を吐出した場合のドット配置である。
図8(a)はインクジェット記録ヘッドを一度走査したときに大インク滴吐出用の吐出口29から吐出したインク滴と小インク滴吐出用の吐出口27から吐出したインク滴を吐出した場合のドット配置である。
図8(b)はインクジェット記録ヘッドを一度走査したときに大インク滴吐出用の吐出口29から吐出したインク滴と中インク滴吐出用の吐出口28から吐出したインク滴を吐出した場合のドット配置である。
図8(c)はインクジェット記録ヘッドを一度走査したときに各チャンネル共通のインク供給口の両側に形成されている小インク滴用吐出口27から小インク滴を吐出した場合のドット配置である。
また本実施の形態の場合は、インクジェット記録ヘッドは走査せずに被記録媒体のみが走査することで印字する構成のものである。ヘッドの長さ(被記録媒体の走査方向と交差する方向の長さ)を被記録媒体の幅よりも長くすることでフルラインヘッドとして適用が可能となる。
3種類の開口面積を有する吐出口が設けられており、それらは小インク滴を吐出するための第1吐出口27と中インク滴を吐出するための第2吐出口28と大インク滴を吐出するための第3吐出口29である。
図中のチャンネル列(L1)とチャンネル列(L1’)には第1吐出口27の列が形成されており、図中のチャンネル列(L2)には第2吐出口28の列が、そして図中のチャンネル列(L3)には第3吐出口29の列が夫々形成されている。
また、図中の各チャンネル共通の液室20の左側ではn番目のチャンネルの吐出口が第1吐出口27を有している場合にn−1番目およびn+1番目のチャンネルは第2吐出口28を有するように配置されている。
さらに、図中の各チャンネル共通の液室20の右側ではm番目のチャンネルの吐出口が第1吐出口27を有している場合にm−1番目およびm+1番目のチャンネルは第3吐出口29を有するように配置されている。
第1吐出口27と第2吐出口28および第3吐出口29の平面形状は真円形状であり、第1吐出口27は直径10μm、第2吐出口28は直径17μm、第3吐出口29は直径25μmで形成されており、第1吐出口27からは一度の発泡により2plのインク滴が吐出される。
また、第2吐出口28からは一度の発泡により6plのインク滴が、第3吐出口29からは一度の発泡により10plのインク滴が吐出される。本実施の形態では吐出口形状が真円であるが、体積の異なるインク滴を吐出できる限り吐出口の形状はどのような形状であっても構わない。
3水準の開口面積の異なる吐出口を有することで、図9と図7、図8に関連する説明は図5と図7、図8に関連する説明と同じであるので、図9と図7、図8に関連する説明はここでは省略する。
図10は本発明によるインクカートリッジを示す概略斜視図である。このインクカートリッジ(液体カートリッジ)30は、吐出口31等を有する上記各実施の形態のいずれかのインクジェット記録ヘッド32と、このインクジェット記録ヘッド32に対してインクを供給するインクタンク33とを一体化したものである。
このようにインクタンク一体型のヘッドの場合、ヘッドの信頼性不良は直ちにインクカートリッジ全体の信頼性不良につながるので、本発明のように信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを使用することで、インクカートリッジの信頼性が向上し、ヘッド一体型インクカートリッジの信頼性向上が図れる。
このインクジェット記録装置(液滴吐出装置)40は、記録装置本体40の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、このキャリッジに搭載した本発明を実施したインクジェット記録ヘッドからなる記録ヘッド、この記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部41等を収納している。
記録装置本体40の下方部には前方側から多数枚の用紙42を積載可能な給紙カセット(或いは給紙トレイでもよい)43を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙42を手差しで給紙するための手差しトレイ44を開倒することができる。
給紙カセット43或いは手差しトレイ44から給送される用紙42を取り込み、印字機構部41によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ45に排紙する。
印字機構部41は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド46と従ガイドロッド47とによってキャリッジ48を主走査方向(図11で紙面垂直方向)に摺動自在に保持している。
このキャリッジ48にはイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(Bk)の各色のインク滴を吐出する本発明に係るインクジェット記録ヘッドからなるヘッド49を複数のインク吐出口(吐出口)を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。
また、キャリッジ48にはヘッド49に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ50を交換可能に装着している。このインクカートリッジ50は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェット記録ヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有している。
多孔質体の毛管力によりインクジェット記録ヘッドへ供給されるインクを僅かな負圧に維持している。また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッドを用いているが、各色のインク滴を吐出する吐出口を有する1個のヘッドでもよい。
ここで、キャリッジ48は後方側(用紙搬送方向下流側)を主ガイドロッド46に摺動自在に嵌装し、前方側(用紙搬送方向上流側)を従ガイドロッド47に摺動自在に載置している。
そして、このキャリッジ48を主走査方向に移動走査するために、主走査モータで回転駆動される駆動プーリと従動プーリとの間にタイミングベルトを張装し、このタイミングベルトをキャリッジ48に固定しており、主走査モータの正逆回転によりキャリッジ48が往復駆動される。
また、この搬送ローラ54の周面に押し付けられる搬送コロ55および搬送ローラ54からの用紙42の送り出し角度を規定する先端コロ56を設けている。搬送ローラ54は副走査モータによってギヤ列を介して回転駆動される。
そして、キャリッジ48の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ54から送り出された用紙42を記録ヘッド49の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材57を設けている。
この印写受け部材57の用紙搬送方向下流側には、用紙42を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ58、拍車59を設け、さらに用紙42を排紙トレイ45に送り出す排紙ローラ60および拍車61と、排紙経路を形成するガイド部材62、63とを配設している。
記録時には、キャリッジ48を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド49を駆動することにより、停止している用紙42にインクを吐出して1行分を記録し、用紙42を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙42の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙42を排紙する。
また、キャリッジ48の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド49の吐出不良を回復するための回復装置64を配置している。回復装置64はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。
キャリッジ48は印字待機中にはこの回復装置64側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド49をキャッピングし、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッド49の吐出口を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜(図示せず)に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
このように、このインクジェット記録装置においては本発明を実施したインクジェット記録ヘッドを搭載しているので、高階調、高解像度の画像を高速に形成することが可能となる。
図13および図14において、印字時には記録ヘッド49は走査せずに固定されており、被記録媒体(用紙)42のみ走査する。被記録媒体42は搬送ベルト65によって図中右側よりインクジェット記録装置40へ搬送される。
インクジェット記録ヘッドは各色等間隔で配置されており、記録ヘッド49の長さ(図中L)は被記録媒体42の幅(図中W)よりも長くなっており、被記録媒体42を一度走査するだけで被記録媒体42の全域に印字することが可能となる。
被記録媒体42は搬送ベルト65により図中左側へと排出される。上記のようにこのインクジェット記録装置40は本発明を実施したインクジェット記録ヘッドを搭載しているので、高階調、高解像度の画像を高速に形成することが可能となる。
上述したように、本発明は、液滴を吐出させるための吐出口として所定の体積の液滴を吐出するための複数の第1吐出口27とこの第1吐出口27とは異なる体積の液滴を吐出するための複数の第2吐出口28と前記第1吐出口27および前記第2吐出口28とは異なる体積の液滴を吐出するための複数の第3吐出口29とを少なくとも備えている液滴吐出ヘッドである。
この液滴吐出ヘッドは異なる液滴を吐出することが可能なため、高階調かつ高画質の画像を記録することができる。また1水準あるいは2水準の液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの場合には印字速度が遅くなってしまうという不具合を解消することができる。
液滴を吐出させるための吐出エネルギ発生手段と液体を各吐出口まで供給する液体供給路と前記吐出口とを含む複数のチャンネルが被記録媒体が走査する方向に沿って形成され、各チャンネル共通の液室が形成されており、この各チャンネル共通の液室の両側にはチャンネル列が形成されている。
また、この液滴吐出ヘッドは異なる液滴を吐出することが可能なため高階調かつ高画質の画像を記録することができる。また第2吐出口から吐出した液滴で形成したドットの繋ぎ目、第3吐出口から吐出した液滴で形成したドットの繋ぎ目の画像濃度の淡い箇所を第1吐出口から吐出した液滴で形成したドットで埋めることが可能となるためドット間に見られる画像濃度の淡い箇所を無くすことができる。
各第1吐出口の中心を通って被記録媒体が走査する方向(或いは、該方向と交差する方向)に延在する第1仮想線上に少なくとも1つの第2吐出口あるいは第3吐出口の中心が位置する。この液滴吐出ヘッドは量の異なる液滴を吐出することが可能なため高階調かつ高画質の画像を記録することができる。
また第2吐出口から吐出した液滴で形成したドットの繋ぎ目、第3吐出口から吐出した液滴で形成したドットの繋ぎ目の画像濃度の淡い箇所を第1吐出口から吐出した液滴で形成したドットで埋めることが可能となるため、ドット間に見られる画像濃度の淡い箇所を無くすことが可能となる。また第1吐出口を千鳥配置にすることができるため第1吐出口を高密度に配置することができ、高解像度の記録が可能となる。
また、第2吐出口から吐出した液滴で形成したドットの繋ぎ目、第3吐出口から吐出した液滴で形成したドットの繋ぎ目の画像濃度の淡い箇所を第1吐出口から吐出した液滴で形成したドットで埋めることが可能となるためドット間に見られる画像濃度の淡い箇所を無くすことが可能となる。
また第1吐出口を千鳥配置にすることができるため第1吐出口を高密度に配置することが可能となり高解像度の記録が可能となる。また第1吐出口と第2吐出口あるいは第1吐出口と第3吐出口から吐出される液滴の体積の比をより大きくすることができ、高解像度、高階調の記録を高速で行うことが可能となる。
液滴を吐出させるための吐出エネルギ発生手段と液体を各吐出口まで供給する液体供給路と前記吐出口とを含む複数のチャンネルが被記録媒体が走査する方向と交差する方向に沿って形成され、各チャンネル共通の液室が形成されており、この各チャンネル共通の液室の両側にはチャンネル列が形成されている。
第2吐出口から吐出した液滴で形成したドットの繋ぎ目、第3吐出口から吐出した液滴で形成したドットの繋ぎ目の画像濃度の淡い箇所を第1吐出口から吐出した液滴で形成したドットで埋めることができるためドット間に見られる画像濃度の淡い箇所を無くすことが可能となる。
また被記録媒体が走査する方向と交差する方向に沿って液滴を吐出させるためのチャンネルが設けられているためヘッドの長さ(被記録媒体の走査方向と交差する方向の長さ)を被記録媒体の幅よりも長くすることでフルライン記録ヘッドへの適用が可能となる。
液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとこの液滴吐出ヘッドに液体を供給するタンクを一体化した液体カートリッジにおいて、前記液滴吐出ヘッドが本発明の実施の形態に記載の液滴吐出ヘッドである液体カートリッジは本発明に係るいずれかの液滴吐出ヘッドであるインクジェット記録ヘッドとこのインクジェット記録ヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したので、高解像度で高階調の画像を高速で形成することが可能である。
本発明に係るいずれかの液滴吐出ヘッド、本発明の液体カートリッジを使用した液滴吐出装置は高解像度、高階調の記録を高速で行うことが可能である。
Claims (5)
- 所定体積の液滴を吐出するための複数の第1吐出口と、
この第1吐出口とは異なる所定体積の液滴を吐出するための複数の第2吐出口と、
前記第1吐出口および前記第2吐出口とは異なる所定体積の液滴を吐出するための複数の第3吐出口と、を少なくとも備え、
前記吐出口から液滴を吐出させるための吐出エネルギ発生手段と液体を各吐出口まで供給する液体供給路と前記吐出口とを含む複数のチャンネルが被記録媒体の走査方向に沿って形成され、各チャンネル共通の液室が形成されており、
前記各チャンネル共通の液室の両側にはチャンネル列が形成されており、
片側のチャンネル列を第1チャンネル列、他方のチャンネル列を第2チャンネル列とした場合に、前記第1チャンネル列のn番目のチャンネルの吐出口が第1吐出口を有しているときn−1番目およびn+1番目のチャンネルが第2吐出口を有し、前記第2チャンネル列のm番目のチャンネルの吐出口が第1吐出口を有している場合にm−1番目およびm+1番目のチャンネルが第3吐出口を有する
ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 各第1吐出口の中心を通って被記録媒体が走査する方向、或いは各第1吐出口の中心を通って被記録媒体が走査する方向と交差する方向に、延在する第1仮想線上に少なくとも1つの第2吐出口あるいは第3吐出口の中心が位置することを特徴とする請求項1に記載の液滴吐出ヘッド。
- 各第1吐出口同士の中心を通り、前記被記録媒体が走査する方向に延在する仮想線と、各第2吐出口同士あるいは各第3吐出口同士の中心を通り前記被記録媒体が走査する方向に延在する仮想線とが重なっていないことを特徴とする請求項1又は2に記載の液滴吐出ヘッド。
- 液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとこの液滴吐出ヘッドに液体を供給するタンクを一体化した液体カートリッジにおいて、前記液滴吐出ヘッドが請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする液体カートリッジ。
- 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド、請求項4に記載の液体カートリッジを使用したことを特徴とする液滴吐出装置。
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