JP5089360B2

JP5089360B2 - インクジェット記録装置

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Publication number: JP5089360B2
Application number: JP2007317229A
Authority: JP
Inventors: 勝彦高野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2007-12-07
Filing date: 2007-12-07
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2027-12-07
Also published as: JP2009137196A

Description

本発明は、インクを吐出する記録素子を配列して構成されるインクジェット記録ヘッドを用い、記録媒体に画像を記録するインクジェット記録装置に関する。特に複数の記録素子のうちの幾つかに吐出不良が生じた場合であっても、出力画像にドットの欠落や白すじが生じないようにするための記録ヘッド構成および記録方法に関する。

従来、インクジェット記録装置は、ランニングコストが安く、装置の小型化も可能で、さらに比較的簡易な構成で複数色のインクを用いたカラー画像の記録も可能であることから、コンピュータ関係の出力機器等に広く有用されている。インクジェット記録ヘッドの吐出口からインクを吐出するためのエネルギ発生手段としては、ピエゾ素子などの電気機械変換体、レーザーなどの電磁波を照射して発熱させるもの、あるいは、発熱抵抗体を備えた電気熱変換素子等が挙げられる。中でも電気熱変換素子から得られる熱エネルギを利用してインク滴を吐出させるインクジェット記録ヘッドは、吐出口を高密度に配列することができるため、小型でありながら高解像な実現することが出来る。更に、半導体分野やフォトリソ技術における進歩と信頼性の向上とが相俟って、近年では高性能な記録ヘッドを低価格に提供することが可能になって来ている。

このように高精細な記録が可能な電気熱変換素子を備えたインクジェット記録ヘッドでは、より高速に画像を出力するために多数の記録素子を配置する記録ヘッドの長尺化が進められている。具体的には、例えば１２００ｄｐｉ（ドット／インチ；参考値）程度の密度で記録素子が配列した、４インチ〜１３インチの長さを有する記録ヘッドが提供されている。

このような長尺な記録ヘッドで、記録媒体の幅に相当する長さを有する記録ヘッドを用いれば、フルライン型の記録装置を実現することが可能となる。本明細書においてフルライン型の記録装置とは、記録装置に固定された記録ヘッドの個々の記録素子から所定の周波数でインクを吐出し、その一方で記録素子の配列方向とは交差する方向に記録媒体を搬送することにより画像を記録する記録装置のことを示す。また、記録ヘッドを記録媒体に対し走査させながら記録を行う主記録走査と、当該主記録走査とは交差する方向に記録媒体を所定量ずつ搬送することにより間欠的に画像を記録していく記録装置を、本明細書ではシリアル型の記録装置と称する。記録装置を記録媒体の幅に対応する数だけ備えたフルライン型の記録装置であれば、記録媒体の１回の走査により記録媒体全体への記録が完了するので、シリアル型の記録装置に比べ、短い時間で画像を出力することが可能となる。また、シリアル型であっても、記録ヘッドが長尺であるほど、記録主走査の回数を抑え、より短時間で画像を出力することが出来る。

ただし、多数の記録素子を備えるライン型の記録ヘッドでは、そこに配列する全ての記録素子に不具合を生じさせないように製造することが難しく、製造上の歩留まりがどうしても低くなりがちである。また、使用に伴って吐出状態が不良となる記録素子に対し、フルライン型の記録装置では、シリアル型の記録装置のように柔軟に対応することが困難である。具体的に説明すると、シリアル型の記録装置であれば、吐出状態が不良な記録素子が記録すべき走査ラインは、吐出状態が正常な他の記録素子によって、別の記録走査で補完記録することが出来る。しかし、フルライン型の記録装置では、装置に固定された記録ヘッドに対する記録媒体の１回の走査によって画像を完成させるので、別の位置に固定された他の記録素子によって補完記録を行うことは出来ないのである。

このようなフルライン型の記録装置が抱える問題に対し、特許文献１には、ライン型の記録ヘッドのほかに、当該記録ヘッドの記録素子が配列する方向に移動可能な小型の記録ヘッドを備える構成が開示されている。このような構成であれば、ライン型の記録ヘッドに配列する複数の記録素子のどの記録素子に不具合が生じた場合であっても、上記小型の記録ヘッドをその位置に配置させることにより、吐出状態が不良な記録素子の記録位置を補完記録することが可能となる。

特許第２７３１００３号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、距離をおいた複数の記録素子の吐出状態が不良となった場合には、対応が困難になる。シリアル型の記録装置のように、上記小型の記録ヘッドを記録中に移動可能な構成にしたとしても、記録媒体の１回の走査で画像の出力を完了させるという、フルライン型の記録装置に特有な高速な画像出力は出来なくなってしまう。また、この場合、小型の記録ヘッドを走査させるための駆動手段を別途備えなければならず、装置自体が大掛かりなものになりかねない。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものである。すなわち、吐出状態が不良な記録素子が複数含まれたり、不良な記録素子の位置が変異したりする状態であっても、画像品位を損なうことなく、安定した画像出力を高速に実現することが可能なインクジェット記録装置および記録ヘッドを提供することである。

そのために本発明においては、インクを吐出する複数の記録素子が所定方向に配列された記録素子基板と、前記記録素子にインクを供給するためのインク供給部材とを備え、互いに異なるインクを吐出し前記所定方向と交差する方向に互いに並列して配される複数の第１のインクジェット記録ヘッドと、インクを吐出する複数の記録素子が前記所定方向に配列された記録素子基板と、前記所定方向に関して区分される前記複数の記録素子の領域の各々に対してインクを導入する複数の導入口とインクを導出する複数の導出口とを備えるインク供給部材とを備え、前記複数の導入口は互いに異なる種類のインクを供給することが可能な、前記第１のインクジェットヘッドに対し前記所定方向と交差する方向に並列して配される少なくとも１つの第２のインクジェット記録ヘッドとを用い、前記第１のインクジェット記録ヘッドと第２のインクジェット記録ヘッドとは相対移動することなく記録媒体に画像を記録するインクジェット記録装置であって、前記第１のインクジェット記録ヘッドに吐出状態が不良な記録素子が存在する場合、当該記録素子が行うべき吐出動作を、前記第２のインクジェット記録ヘッドに含まれる記録素子に行わせることを特徴とする。

本発明によれば、吐出状態が不良な記録素子が含まれたり、その位置が変異したりする状態であっても、リカバリーヘッドによって同種類のインクを用いた補完記録を実行することが出来る。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の実施形態に採用可能なフルライン型のインクジェット記録装置の概略構成を説明するための図である。記録装置本体Ｍ４０００の内部には、ライン型の記録ヘッドＨ１０００が５つ分、図のようにＹ方向に並列配置されている。記録ヘッドＨ１０００のそれぞれには、インクを吐出する記録素子がＸ方向に所定のピッチで配列されており、５つの記録ヘッドＨ１０００は互いに異なる色のインクを吐出する。このように、個々の記録ヘッドから所定の周波数でインクを吐出しつつ、当該周波数に対応した速度で記録媒体Ｋ１０００をＹ方向に搬送することにより、記録媒体Ｋ１０００にはフルカラーの画像が形成される。

本実施形態において、５つの記録ヘッドＨ１０００のうちの４つ、すなわちＨ１０００Ｋ、Ｈ１０００Ｃ、Ｈ１０００ＭおよびＨ１０００Ｙは、それぞれブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）およびイエロー（Ｙ）を吐出するノーマルヘッドである。一方、これらノーマルヘッド（第１のインクジェット記録ヘッド）と並列して配置された５番目の記録ヘッドＨ１０００Ｒは、本発明特有のリカバリーヘッド（第２のインクジェット記録ヘッド）である。

５つの記録ヘッドには、装置内部に設置された４つのインクタンクから、チューブを介してインクが供給される。すなわち、記録ヘッドＨ１０００ＫにはＨ１８００Ｋよりブラックインクが、記録ヘッドＨ１０００ＣにはＨ１８００Ｃよりシアンインクが供給される。また、記録ヘッドＨ１０００ＭにはＨ１８００Ｍよりマゼンタインクが、記録ヘッドＨ１０００ＹにはＨ１８００Ｙよりイエローインクが供給される。更に、リカバリーヘッドＨ１０００Ｒには、上記４つのインクタンクより、４色のインクが選択的に供給になっている。ノーマルヘッドおよびリカバリーヘッドＨ１０００Ｒのインク供給構造については、後に詳しく説明する。

図２は、本実施形態に使用するライン型記録ヘッドＨ１０００の概略構成を説明するための外観斜視図である。本実施形態の記録ヘッドＨ１０００では、インクを吐出する複数の記録素子が高密度に配置された４つの記録素子基板Ｈ１１００ａ〜Ｈ１１００ｄが、図のようにＹ方向に互い違いにずれながらＸ方向に配置されている。隣接する２つの記録素子基板Ｈ１１００の間には、互いに重複する領域（Ｌ）が設けられており、個々の記録素子基板の配置に多少の誤差が含まれる場合であっても、Ｙ方向に搬送される記録媒体上には、この誤差に伴う隙間が生じないようになっている。

図３は、記録ヘッドＨ１０００の分解斜視図である。本実施形態の記録ヘッドＨ１０００は、インクを吐出する記録素子を構成する記録素子ユニットＨ１００１と、これにインクを供給するためのインク供給ユニットＨ１００２から構成されている。

インク供給ユニットＨ１００２は、インクを収容する共通液室Ｈ１５０１とＺ方向基準面Ｈ１５０２が樹脂成形によって形成されたインク供給部材Ｈ１５００によって主に構成されている。Ｚ方向基準面Ｈ１５０２は、記録ヘッドＨ１０００のＺ方向の基準を定め、記録ヘッドユニットＨ１００１を位置決め固定する際に利用される。記録素子ユニットＨ１００１とインク供給ユニットＨ１００２とは、インク供給ユニットのＺ基準Ｈ１５０２に記録素子ユニットＨ１００１のＺ基準Ｈ１２０６を、ビスＨ１９００等により位置決め固定して結合される。インク供給ユニットＨ１００２の共通液室Ｈ１５０１開口部周囲には第３の封止剤Ｈ１５０３が配されており、上記結合によって共通液室Ｈ１５０１は密閉状態となる。第３の封止剤Ｈ１５０３としては、耐インク性があり、常温で硬化し、更に異種材料間の線膨張差に耐えられる柔軟性のある材料が望ましい。この結合工程の後、記録素子ユニットＨ１００１の外部信号入力端子Ｈ１３０１部分は、インク供給部材Ｈ１５００の裏面に位置決め固定される。

但し、このように、１つの記録素子ユニットＨ１００１に対し１つのインク供給部材Ｈ１５００が用意されているのは、ノーマルヘッドＨ１０００の場合の構成である。本実施形態のリカバリーヘッドＨ１０００Ｒについては、１つの記録素子ユニットＨ１００１に対しより小型な４つのインク供給部材Ｈ１５００が用意されている。ノーマルヘッドとリカバリーヘッドについての構成の違いについては、後に詳しく説明する。

図４は、記録ヘッドユニットＨ１００１の詳細な構造を説明するための分解斜視図である。本実施形態の記録素子ユニットＨ１００１は、主に、電気配線基板Ｈ１３００、プレート部材Ｈ１４００、記録素子基板Ｈ１１００、支持基板Ｈ１２００およびフィルタ部材Ｈ１６００によって構成されている。

電気配線基板Ｈ１３００は、記録素子基板Ｈ１１００にインクを吐出するための電気信号を印加するものであり、記録素子基板Ｈ１１００の電極に対応する電極端子Ｈ１３０２や、装置本体からの電気信号を受信する外部信号入力端子Ｈ１３０１を備えている。また、電気配線基板Ｈ１３００には、４つの記録素子基板Ｈ１１００を組み込むための４つの開口部Ｈ１３０３が設けられている。電気配線基板Ｈ１３００の素材としては、例えば、配線が二層構造のフレキシブル配線基板の表層にポリイミドフィルムを被覆したものが好適に用いられる。電気配線基板Ｈ１３００の裏面には、プレート部材Ｈ１４００が接着固定される。

本実施形態のプレート部材Ｈ１４００は、４つの記録素子基板Ｈ１１００を取り込む開口部Ｈ１４０２を有するＳＵＳ板によって構成されている。但し、本実施形態のプレート基板の材料はＳＵＳに限定されるものではい。耐インク性を有し、良好な平面性を有する材料であれば、他の材料であっても好適に用いることが出来る。プレート部材Ｈ１４００は、支持基板Ｈ１２００に接着固定された記録素子基板Ｈ１１００を、開口部１４０２によって取り込むように、支持基板Ｈ１２００に接着固定される。

このような接着工程において、プレート部材Ｈ１４００の開口部Ｈ１４０２と記録素子基板Ｈ１１００の側面によって形成される溝部には、図２を参照するに、第１の封止剤Ｈ１３０４が充填される。これによって、電気配線基板Ｈ１３００の電気実装部が封止される。また、記録素子基板の電極Ｈ１１０３についても、第２の封止剤Ｈ１３０５によって封止され、電気接続部分はインクによる腐食や外的衝撃から保護される。

なお、記録素子基板Ｈ１１００の電極Ｈ１１０３と電気配線基板Ｈ１３００の電極端子Ｈ１３０２は、金ワイヤーを用いたワイヤーボンディング技術により接続され、これによって電気配線基板Ｈ１３００と記録素子基板Ｈ１１００との電気的接続がなされる。

本実施形態の支持基板Ｈ１２００は、主に記録素子基板Ｈ１１００を支持する役割を果たし、厚さ３〜１０ｍｍ程度のアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）材料で形成されている。但し、支持基板Ｈ１２００の素材はアルミナに限られることはない。例えば、シリコン（Ｓｉ）、カーボングラファイト、ジルコニア、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、炭化珪素（ＳｉＣ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）のような材料であってもよい。いずれにせよ、記録素子基板Ｈ１１００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材料であれば、本実施形態に好適に用いることが出来る。

支持基板Ｈ１２００には、記録素子基板Ｈ１１００にインクを供給するためのインク供給口Ｈ１２０１が形成されている。そして、記録素子基板Ｈ１１００のインク供給口Ｈ１１０１が支持基板Ｈ１２００のインク供給口Ｈ１２０１に対応するように、２つの基板が位置精度良く接着固定される。接着剤としては、粘度が低く、接触面に形成される接着層が薄く、硬化後に比較的高い硬度を有し、さらに耐インク性を有するものが望ましい。例えば、エポキシ樹脂を主成分とした熱硬化接着剤、もしくは紫外線硬化併用型の熱硬化接着剤が好適に用いられる。接着層の厚みは５０μｍ以下が望ましいが、特に記録素子基板Ｈ１１００から発生する熱を支持基板Ｈ１２００の側へ誘導するためには、１０μｍ以下が望ましい。

なお、支持基板Ｈ１２００には、記録ヘッドユニットＨ１００１がインク供給ユニットＨ１００２に接着する際の位置決め基準となる、Ｘ方向基準Ｈ１２０４、Ｙ方向基準Ｈ１２０５、Ｚ方向基準Ｈ１２０６が備えられている。

支持基板Ｈ１２００の裏面側インク供給口Ｈ１２０１には、インク供給ユニットＨ１５００から記録素子基板Ｈ１１００に供給されるインク中に混入された異物を取り除くためのフィルタ部材Ｈ１６００が接着固定される。

図５（ａ）および（ｂ）は、記録素子基板Ｈ１１００の詳細な構成を説明するための図である。図５（ａ）は、記録素子基板Ｈ１１００の斜視図であり、図５（ｂ）は同図（ａ）に示すＡ−Ａ断面図である。

本実施形態の記録素子基板Ｈ１１００は、厚さ０．５〜１ｍｍのＳｉ基板Ｈ１１０８上に、ノズルプレートＨ１１１０が積層されることにより構成される。Ｓｉ基板Ｈ１１０８には、Ｓｉ基板Ｈ１１０８の結晶方位を利用して、インク供給口Ｈ１１０１となる長溝状の貫通口が形成される。具体的には、例えば上記Ｓｉが、ウエハー面に＜１００＞、厚さ方向に＜１１１＞の結晶方位を持つ場合、アルカリ系（ＫＯＨ、ＴＭＡＨ、ヒトラジン等）の異方性エッチングにより、約５４．７度の内角を有するインク供給口Ｈ１１０１が形成される。

Ｓｉ基板Ｈ１１０８上には、インク供給口Ｈ１１０１の両側に所定のピッチで配列する電気熱変換素子Ｈ１１０２や、これら電気熱変換素子Ｈ１１０２のそれぞれを電極Ｈ１１０３と接続するＡｌ等の電気配線が、成膜技術によって形成されている。インク供給口Ｈ１１０１の両側にある２列の電気熱変換素子列は、Ｘ方向に互いに半ピッチずれて配置している。

ノズルプレートＨ１１１０には、インク流路Ｈ１１０４とノズルＨ１１０５が、フォトリソ技術によって形成されている。インク流路Ｈ１１０４は、Ｓｉ基板Ｈ１１０８のインク供給口Ｈ１１０１から供給されたインクを、個々の電気熱変換素子Ｈ１１０２が位置する発泡室Ｈ１１０７へと導くように形成されている。また、ノズルＨ１１０５は、電気熱変換素子Ｈ１１０２が配備された発泡室Ｈ１１０７の位置それぞれに対して設けられ、インク流路Ｈ１１０４から供給されたインクを、吐出口へ導く液路となっている。

このように形成されたＳｉ基板Ｈ１１０８とノズルプレートＨ１１１０が図のように積層接着されることにより、記録素子基板Ｈ１１００が完成する。吐出動作を行う際、該当する記録素子の電気熱変換素子Ｈ１１０２に電圧パルスが印加される。すると、電気熱変換素子Ｈ１１０２の急激な発熱によって、これに接触するインク中に発泡が生じ、この発泡のエネルギによってノズルＨ１１０５からインクが滴として押し出される仕組みになっている。

図６は、１つの支持基板Ｈ１２００上に配列する４つの記録素子基板Ｈ１１００ａ〜Ｈ１１００ｄの配線構造を説明するための回路図である。個々の記録素子基板には、図７および図８に示す奇数（ＯＤＤ）番目の記録素子用の駆動回路および偶数（ＥＶＥＮ）番目の記録素子用の駆動回路が配備されている。ここで、奇数番目の記録素子および偶数番目の記録素子とは、図５で説明した、インク供給口Ｈ１１０１の両側で互いに半ピッチずれて配置する２列の電気熱変換素子列（奇数記録素子列および偶数記録素子列）に相当する。そして、これら２つの駆動回路は記録素子基板上に半導体プロセスにより形成される。

ヒート信号ＨＥＡＴＯおよびデータ信号ＩＤＡＴＡＯは、奇数用の駆動回路から、奇数記録素子列に含まれる個々の記録素子に対応して取り出されている。同じく、ヒート信号ＨＥＡＴＥおよびデータ信号ＩＤＡＴＡＥは、偶数用の駆動回路から偶数記録素子列に含まれる個々の記録素子に対応して取り出されている。これ以外の信号ＬＴＣＬＫおよびＤＣＬＫ、および電源系であるＶＨ、ＧＮＤＨ、ＶＤＤ、ＧＮＤは、全駆動回路に共通な配線となっている。信号線ＬＴＣＬＫ、ＤＣＬＫ、ＨＥＡＴ、ＩＤＡＴＡは外部信号入力端子Ｈ１３０１に接続され、電源系であるＶＨ、ＧＮＤＨ、ＶＤＤ、ＧＮＤは電源端子Ｈ１３０２に接続されている。

図７は、奇数用の駆動回路Ｈ１１００−Ｏの構成を説明するための概略回路図である。
ここでは、奇数記録素子列および偶数記録素子列ともに６４０個の記録素子を有するものとする。ヒータＨ１１０２−１〜Ｈ１１０２〜１２７９は、奇数記録素子列に配され、個々の記録素子に対応する吐出用のヒータであり、これらは２０個ずつ、３２の駆動ブロックに分割されている。個々の駆動ブロックはＢＥ０〜３１の信号により選択され、時分割で駆動される。個々の駆動ブロック内に属する２０個のヒータは、トランジスタＥ１００６−１〜２０のＯＮ／ＯＦＦにより吐出するか否かが決定させる。

図９は、各信号の発信状態を示すタイミングチャートである。以下図７で示す各機構と図９のタイミングチャートを参照しながら、駆動回路Ｅ１０００−Ｏにおける駆動動作を説明する。

ＰＲＩＮＴ信号は１カラムの吐出を開始するタイミングを与えるパルス信号で、パルスの立ち上がりタイミングで駆動回路の動作が開始する。駆動回路が動作を開始すると最初にＬＴＣＬＫが生成され、それから数１００ｐｓ後に転送クロックＤＣＬＫが転送データ分、ここでは２５クロック出力される。ＩＤＡＴＡ１〜８の各信号にはＤＣＬＫに同期して転送データが出力され、２５ビットシフトレジスタＥ１００１にシリアル転送される。そして、シフトレジスタＥ１００１に格納されたデータは次の駆動ブロックの最初に出力されるＬＴＣＬＫのタイミングで２５ビットラッチＥ１００２に記憶される。そのため、最初の転送データにしたがって実際の駆動がなされるのはその次のブロックの転送が行われるタイミングである。

ここで転送されるデータ内容は駆動されるブロックの番号ＢＥＮＢ０〜４が５ビット、続いてそのブロックで駆動される電気熱変換素子Ｈ１１０２の駆動データが２０ビットの合計２５ビットである。駆動ブロックＢＥＮＢ０〜４は５→３デコーダＥ１００３でＢＥ０〜３１にデコードされ、トランジスタＥ１００５−１〜３２のベース電極に接続される。よって、常に３２個のトランジスタＥ１００５−１〜３２の内、１個だけが駆動されることになり、指定ブロックに属する電気熱変換素子の一端にのみ駆動電源（ＶＨ）が供給される。

一方、電気熱変換素子Ｈ１１０２−１〜１２７９のもう一端はセグメント毎に３２個ずつ並列接続されており、それぞれ２０個のトランジスタＥ１００６−１〜２０のコレクタ電極に接続されている。これらのトランジスタの駆動はベース電極に接続されているＡＮＤゲートＥ１００４−１〜２０出力により制御される。ＡＮＤゲートの一方の入力には２０ビットの駆動データ信号が接続され、もう一方には電気熱変換素子を実際に駆動するタイミングを与えるパルス信号ＨＥＡＴ１〜８が接続されている。よって、トランジスタＥ１００６−１〜２０は上記２信号のＡＮＤで制御されることになり、その結果２０ビットの駆動データによって指定されたセグメントに対してＨＥＡＴ１〜８のパルスタイミングで駆動されることになる。

以上のようにして、ＰＲＩＮＴ信号が発効すると駆動回路が動作を開始し、最初に０ブロック目が駆動され順次１、２、…となって、最後に３１ブロック目は駆動が完了して、全記録素子基板の全記録素子の吐出が制御される。

次に、本実施形態におけるノーマルヘッドＨ１０００とリカバリーヘッドＨ１０００Ｒのインク供給構造の違いについて説明する。

図１０は、本実施形態のノーマルヘッドＨ１０００（第１のインクジェット記録ヘッド）における、記録素子ユニットＨ１００１と、これにインクを供給するためのインク供給ユニットＨ１００２の構造を説明するための、断面図および平面図である。既に説明した様に、支持基板Ｈ１２００には記録素子基板Ｈ１１００ａ、Ｈ１１００ｂ、Ｈ１１００ｃ、Ｈ１１００ｄが互い違いに配置され、インク供給部材Ｈ１５００の共通液室Ｈ１５０１に貯蔵されたインクは、上記４つの記録素子基板に共通して供給される。インク供給部材Ｈ１５００には、所定のインクタンクからインクを供給するためのインク供給系接続口Ｈ１５０５が、インクＩＮ、インクＯＵＴで１セット分配備されている。このような構成により、ノーマルヘッドＨ１０００では、４つの記録素子基板Ｈ１１００ａ〜Ｈ１１００ｄでは、同じ種類のインクが吐出されることになる。

図１１は、本実施形態のリカバリーヘッドＨ１０００Ｒ（第２のインクジェット記録ヘッド）における、記録素子ユニットＨ１００１と、これにインクを供給するためのインク供給ユニットＨ１００２Ｒの構造を説明するための、断面図および平面図である。ノーマルヘッドと同様、支持基板Ｈ１２００には４つの記録素子基板Ｈ１１００ａ、Ｈ１１００ｂ、Ｈ１１００ｃ、Ｈ１１００ｄの４枚が互い違いに配置されている。

リカバリーヘッドＨ１０００Ｒにインクを供給するインク供給ユニットＨ１００２Ｒは、小容量の共通液室をそれぞれ備えた４つのインク供給部材Ｈ１５００ａ、Ｈ１５００ｂ、Ｈ１５００ｃ、Ｈ１５００ｄから構成されている。これにより、インク供給ユニットＨ１００２Ｒは、４つの記録素子基板それぞれに異なるインクを供給できるようになっている。供給部材Ｈ１５００ａからは記録素子基板Ｈ１１００ａに、供給部材Ｈ１５００ｂからは記録素子基板Ｈ１１００ｂに、供給部材Ｈ１５００ｃからは記録素子基板Ｈ１１００ｃに、供給部材Ｈ１５００ｄからは記録素子基板Ｈ１１００ｄに、夫々インクが供給される。個々のインク供給部材には、所望のインクタンクからインクを供給するためのインク供給系接続口Ｈ１５０５が、１セットずつ配備されている。このような構成により、リカバリーヘッドＨ１０００Ｒでは、４つの記録素子基板Ｈ１１００ａ〜Ｈ１１００ｄが吐出するインクの種類を、選択的に切り替えることが出来る。既に図１で説明したように、本実施形態の記録装置は、図１０で説明した構成のノーマルヘッドを４つと、図１１で説明した構成のリカバリーヘッドを１つ、記録媒体の搬送方向に対し、並列して備えている。

以上説明した記録装置および記録ヘッドを用い、本実施形態における吐出不良な記録素子に対する画像補完方法を、いくつかの実施例に基づいて具体的に説明する。

図１２は、本実施例における４つのノーマルヘッドＨ１０００Ｃ〜Ｈ１０００Ｋと１つのリカバリーヘッドＨ１０００Ｒから吐出するインクの種類を説明するための図である。図において、Ｈ１０００Ｃ、Ｈ１０００Ｍ、Ｈ１０００ＹおよびＨ１０００Ｋはシアン、マゼンタ、イエローおよびブラックを、全ての記録素子から吐出するノーマルヘッドである。既に説明したように、個々の記録ヘッドは、片側６４０個の２列の記録素子列を備えた記録素子基板を４枚配置して構成されている。すなわち、１つの記録ヘッドには５１２０個の記録素子が配備されている。このような状況において、吐出状態が不良である記録素子を全く含まない状態で記録ヘッドを製造することは難しく、初期段階においては、１〜数個の不良記録素子がしばしば存在している。図では、個々のノーマルヘッドにおいて、×印を示した箇所に吐出状態が不良な記録素子が存在する場合を示している。

本実施例では、ノーマルヘッドの吐出状態が不良な記録素子が記録するべき位置を、リカバリーヘッドによって補完記録出来るように、リカバリーヘッドのインク供給接続口Ｈ１５０５とインクタンクとを接続する。すなわち、図１２を参照するに、シアンヘッドＨ１０００Ｃの吐出不良位置をリカバリーヘッドＨ１０００Ｒの記録素子基板Ｈ１１００ａで補完するために、リカバリーヘッドＨ１０００Ｒのインク供給部材Ｈ１５００ａはシアンタンクＨ１８００Ｃと接続させる。また、マゼンタヘッドＨ１０００Ｍの吐出不良位置をリカバリーヘッドＨ１０００Ｒの記録素子基板Ｈ１１００ｂで補完するために、リカバリーヘッドＨ１０００Ｒのインク供給部材Ｈ１５００ｂはマゼンタタンクＨ１８００Ｍと接続させる。また、イエローヘッドＨ１０００Ｙの吐出不良位置をリカバリーヘッドＨ１０００Ｒの記録素子基板Ｈ１１００ｃで補完するために、リカバリーヘッドＨ１０００Ｒのインク供給部材Ｈ１５００ｃはイエロータンクＨ１８００Ｙと接続させる。さらに、ブラックヘッドＨ１０００Ｋの吐出不良位置をリカバリーヘッドＨ１０００Ｒの記録素子基板Ｈ１１００ｄで補完するために、リカバリーヘッドＨ１０００Ｒのインク供給部材Ｈ１５００ｄはブラックタンクＨ１８００Ｋと接続させる。
以上説明した接続構成のもと、個々のノーマルヘッドにおける吐出状態が不良な記録素子（×印）の駆動を停止し、当該記録素子に印加すべき駆動電圧を、この位置に対応するリカバリーヘッドの記録素子に印加する。これにより、ノーマルヘッドの吐出状態が不良な記録素子が記録すべきドットは、リカバリーヘッドの記録素子によって、同じインク色で補完記録される。結果、初期段階において、図１２のような数個の不良記録素子が含まれるノーマルヘッドを用いても、ドットの欠落や白すじのない画像を出力することが出来る。

本実施形態では、図１１に示したようなインク供給構造を有しているので、リカバリーヘッドＨ１０００Ｒに配置される４つのインク供給部材Ｈ１５００ａ〜Ｈ１５００ｄに接続するインクタンクを、選択的に切り替えることが出来る。その結果、吐出不良な記録素子がいずれのノーマルヘッドのいずれの位置に存在した場合であっても、リカバリーヘッドＨ１０００Ｒによる、同種類のインクを用いた補完記録が可能になっている。但し、リカバリーヘッドであっても、１つの記録素子基板からは１種類のインクしか吐出することは出来ない。よって、記録ヘッド組み立て時においては、吐出不良の記録素子が各色で異なる位置の記録素子基板に存在するように、４つのノーマルヘッドの４つの記録素子基板の配置が配慮されることが望まれる。このようにすれば、記録ヘッド製造時の歩留まりを下げることなく、ドットの欠落や白すじのない高品位で安定した画像を高速に出力することが出来る。

図１３（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態のインクジェット記録装置において、使用に伴って新たに吐出状態が不良な記録素子が発生した場合の対応方法を説明するための図である。図１３（ａ）は初期状態を示し、ブラックのノーマルヘッドＨ１０００Ｋにおいて、×印を示した箇所に吐出状態が不良な記録素子が存在する場合を示している。実施例１と同じように、ブラックヘッドＨ１０００Ｋの吐出不良位置をリカバリーヘッドＨ１０００Ｒの記録素子基板Ｈ１１００ｄで補完するために、インク供給部材Ｈ１５００ｄはブラックタンクＨ１８００Ｋと接続されている。

図１３（ｂ）は、記録ヘッドの使用に伴って、イエローのノーマルヘッドＨ１０００Ｙに、吐出状態が不良な記録素子が×印を示した箇所に新たに発生した状態を示している。本実施例では、このように使用の途中で新たな不良素子が発生した場合でも、不良素子の発生した位置に対応するリカバリーヘッドの記録素子基板と、補完すべき色に対応したインクタンクとを、適切なタイミングで連結することが出来るようになっている。すなわち、図１３（ｂ）の場合では、イエローヘッドＨ１０００Ｙの吐出不良位置をリカバリーヘッドＨ１０００Ｒの記録素子基板Ｈ１１００ｂで補完するために、インク供給部材Ｈ１５００ｂはイエロータンクＨ１８００Ｙと適切なタイミングで接続される。

一方、図１３（ｃ）は、記録ヘッドの使用に伴って、ブラックのノーマルヘッドＨ１０００Ｋの別の位置に、吐出状態が不良な記録素子が×印を示した箇所に新たに発生した状態を示している。図１３（ｃ）の場合では、ブラックヘッドＨ１０００Ｋの吐出不良位置をリカバリーヘッドＨ１０００Ｒの記録素子基板Ｈ１１００ｂで補完するために、インク供給部材Ｈ１５００ｂはブラックタンクＨ１８００Ｋと適切なタイミングで接続される。

インクジェット記録ヘッドにおいては、使用に伴って吐出状態が不良となる記録素子がこのように新たに発生する場合はあるが、発生する記録ヘッドや発生位置を予測することは難しい。しかし、上述したように、本実施例においては、リカバリーヘッドＨ１０００Ｒに配置される４つのインク供給部材に接続するインクタンクを、適宜、選択的に切り替えることが出来るようになっている。よって、吐出不良な記録素子がいずれのノーマルヘッドのいずれの位置に不意に発生した場合であっても、リカバリーヘッドＨ１０００Ｒによる、同種類のインクを用いた補完記録を即座に実行し、白すじのない高品位な画像の高速出力を維持することが可能となる。

図１４は、本実施例における４つのノーマルヘッドＨ１０００Ｃ〜Ｈ１０００Ｋと２つのリカバリーヘッドＨ１０００Ｒ１およびＨ１０００Ｒ２から吐出するインクの種類を説明するための図である。４つのノーマルヘッドにおいては、例えば図１４のマゼンタヘッドＨ１０００ＭとブラックヘッドＨ１０００Ｋのように、同じ記録素子基板の位置（Ｈ１１００ｄ）に、吐出状態が不良である記録素子が発生してしまう場合もある。しかし、上記実施例のようにリカバリーヘッドＨ１０００Ｒを１つしか備えない構成においては、どちらか一方のノーマルヘッドの補完記録しか行うことが出来ない。このような状況に対応するため、本実施例では、４つのノーマルヘッドに対し２つのリカバリーヘッドを用いて補完対応出来るようにしている。

本実施例では、ブラックヘッドＨ１０００Ｋの吐出不良位置をリカバリーヘッドＨ１０００Ｒ１の記録素子基板Ｈ１１００ｄで補完するために、リカバリーヘッドＨ１０００Ｒ１のインク供給部材Ｈ１５００ｄはブラックタンクＨ１８００Ｋと接続させている。一方、上記ブラックヘッドの不良記録素子と同じ位置にあるマゼンタヘッドＨ１０００Ｍの不良記録素子については、リカバリーヘッドＨ１０００Ｒ２の記録素子基板Ｈ１１００ｄで補完対応する。そのため、リカバリーヘッドＨ１０００Ｒ２のインク供給部材Ｈ１５００ｄはマゼンタタンクＨ１８００Ｍと接続させている。

このような構成であれば、複数のノーマルヘッドにおいて、同じ記録素子基板の位置に吐出不良の記録素子が存在する場合であっても、２つのリカバリーヘッドのインク供給部材を、それぞれ異なるインクタンクと接続することが出来る。よって、実施例１や実施例２の場合に比べて、記録ヘッド製造時の歩留まりを更に上昇させることが出来る一方、白すじのない高品位な画像の高速出力を、より安定して維持することが可能となる。

図１５は、本実施例における記録ヘッドの配置構成を示した図である。本実施例では１つのリカバリーヘッドＨ１０００Ｒを、４つのノーマルヘッドの中央に配置させている。図１２や図１４のような配置の場合、ブラックヘッドＨ１０００ＫとリカバリーヘッドＨ１０００Ｒとの距離は短いが、シアンヘッドＨ１０００ＣとリカバリーヘッドＨ１０００Ｒとの距離は長い。このようなノーマルヘッドとリカバリーヘッド距離は、記録媒体に対するノーマルヘッドによる記録とリカバリーヘッドによる記録との間に、時間差を招致する。

一般に、インクジェット記録においては、記録媒体に対しほとんど同じタイミングでインクを付与して得られる画像と、異なる複数のタイミングでインクを付与して得られる画像との間で、濃度差が生じることが知られている。すなわち、不良記録素子の部分のみ周囲とは異なるタイミングでリカバリーヘッドによる補完記録が行われた画像においては、補完部分の濃度が周囲とは異なり、これが視覚的に確認できるレベルであれば濃度むらとして認識されるのである。

よって、このような問題が懸念される記録装置においては、本実施例のように、どのノーマルヘッドにもなるべく近い位置にリカバリーヘッドＨ１０００Ｒが配置されるように、個々の記録ヘッドを配置するのが好ましい。図１５のような配置構成であれば、実施例１や実施例２と同様の効果を得つつも、記録タイミングの差に起因する濃度むらを回避することが出来る。

以上の実施例では、初期状態であれ、記録の途中であれ、記録素子１つを対象とした補完方法について説明した。しかし、本実施形態で使用するような記録ヘッドの場合には、記録素子基板上の電気的な配線トラブル（部分的なショートやオープンの不良）によって、記録素子列単位や駆動ブロック単位で不吐出が発生する場合もある。本実施例では、このような場合に対する補完方法について説明する。

例えば、ノーマルヘッドの１つの記録素子基板にある奇数記録素子列全体が不吐出になった場合、本実施例では、不吐出となった奇数記録素子列を含む記録素子基板全体の吐出動作を停止する。そして、これに対応するリカバリーヘッドの記録素子基板全体によって補完記録を行う。

記録素子列や駆動ブロックのような一塊の記録素子群が不吐出になってしまった場合、不吐出となった記録素子群に対してのみ補完記録を行うと、ノーマルヘッドによる画像とリカバリーヘッドによる画像との間で干渉が生じ、画像弊害が招致されることがある。本実施例では、このような画像弊害を回避するため、記録素子が群単位で吐出不良になってしまった場合、リカバリーヘッドの記録素子基板全体に、主たる記録動作を切り替えるようにする。このように制御することによって、実施例１や実施例２と同様の補完効果を得つつも、ノーマルヘッドとリカバリーヘッドの画像干渉に起因する弊害を回避することが出来る。

図１６は、本実施例における４つのノーマルヘッドＨ１０００Ｃ〜Ｈ１０００Ｋと１つのリカバリーヘッドＨ１０００Ｒから吐出するインクの種類を説明するための図である。本実施例で使用するリカバリーヘッドＨ１０００Ｒは、図１１で示したものとは異なり、４つの記録素子基板に対し２つのインク供給部材を備える構成になっている。すなわち、Ｈ１５００ａとＨ１５００ｂは同じインク供給部材より同じ種類のインクが供給され、Ｈ１５００ｃとＨ１５００ｄも同じインク供給部材より同じ種類のインクが供給される。

本実施形態の記録装置が実行する補完記録とは、吐出不良な記録素子が記録を行うべき位置を、リカバリーヘッドの記録素子によって、同じインクを用いて補完記録するものである。しかし、実際には、例えばイエロー画像のように、１つの記録素子が吐出不良であっても白すじなどの弊害が画像上現れにくい場合もある。この場合には、その弊害が目立ちにくいインクの補完を行うよりも、弊害が目立ちやすいインクに対し優先的に補完が行えるように配慮することが得策である。

例えば、吐出状態が不良になると画像に影響が現われやすいインク色が、ブラックとマゼンタであった場合、リカバリーヘッドにおいては、図１６のようにブラックとマゼンタの２種類のインクが供給できるように２つのインク供給部材が備わっていればよい。このようなリカバーヘッドであれば、上記実施例に比べてインク供給系接続口Ｈ１５０５の数を減らすことも出来るので、インクの供給経路も簡略化されるなどのメリットがある。

（その他の実施形態）
以上説明した実施形態においては、図１に示すようなフルライン型のインクジェット記録装置を例に説明してきたが、本発明および上記実施例はシリアル型の記録装置にも応用し、その効果を発揮することが出来る。

図１７は、本発明に採用可能なシリアル型のインクジェット記録装置の概略構成を説明するための図である。記録装置本体Ｍ２０００の内部には、Ｘ方向に走査するキャリッジＭ２００１上に、５つの記録ヘッドＨ２０００が図のようにＸ方向に並列配置されている。記録ヘッドＨ２０００のそれぞれには、インクを吐出する記録素子がＹ方向に所定のピッチで配列されており、５つの記録ヘッドＨ２０００は互いに異なる色のインクを吐出する。キャリッジＭ２００１が所定の速度で主走査方向（Ｘ方向）に移動するのに伴い個々の記録ヘッドから上記所定速度に対応した周波数でインクを吐出する記録主走査と、記録媒体Ｋ１０００をＹ方向に搬送する搬送動作とを交互に繰り返す。これにより、記録媒体Ｋ１０００には、段階的に画像が記録されて行く。

５つの記録ヘッドＨ２０００のうちの４つ、すなわちＨ２０００Ｋ、Ｈ２０００Ｃ、Ｈ２０００ＭおよびＨ２０００Ｙは、それぞれブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）およびイエロー（Ｙ）を吐出する、ノーマルヘッドである。一方、これらノーマルヘッドと並列して配置された５番目の記録ヘッドＨ２０００Ｒは、本発明特有のリカバリーヘッドである。

５つの記録ヘッドには、装置内部に設置された４つのインクタンクから、チューブを介してインクが供給される。そして、リカバリーヘッドＨ２０００Ｒには、上記４つのインクタンクより、４色のインクが供給可能な構成になっている。

このような構成の記録装置であっても、ノーマルヘッドＨ２０００で発生した吐出不良を、リカバリーヘッドＨ２０００Ｒによって毎回の記録主走査で補完記録することが出来る。

以上では、ブラック、シアン、マゼンタおよびイエローの４種類のインクを吐出するための４つのノーマルヘッドを備える構成で説明したが、本発明はこれら４色のための補完記録に限定されるものではない。ライトシアンやライトマゼンタ、あるいはレッド、グリーン、ブルーのようなさらに多くのインク色を用いる場合であっても本発明は有効である。この場合、更に多くのインク供給部材を備えるリカバリーヘッドを用意することで、使用する全てのインクの補完記録を可能にしてもよいし、実施例３のように、リカバリーヘッド自体の個数を増やしてもよい。無論、一部のインク色に対応してのみ補完記録を行うような構成であっても構わない。

さらに、以上では、記録素子基板上に電気熱変換素子を備えたインクジェット記録ヘッドを用いた場合を例に説明してきたが、本発明はこのような記録素子を使用することに限定されるものでもない。吐出口からインクを吐出するためのエネルギ発生手段としては、ピエゾ素子などの電気機械変換体、レーザーなどの電磁波を照射して発熱させるものであってもよい。

本発明の実施形態に採用可能なフルライン型のインクジェット記録装置の概略構成を説明するための図である。本発明の実施形態に使用するライン型記録ヘッドＨ１０００の概略構成を説明するための外観斜視図である。記録ヘッドＨ１０００の分解斜視図である。記録ヘッドユニットＨ１００１の詳細な構造を説明するための分解斜視図である。（ａ）および（ｂ）は、記録素子基板Ｈ１１００の詳細な構成を説明するための図である。１つの支持基板Ｈ１２００上に配列する４つの記録素子基板Ｈ１１００ａ〜Ｈ１１００ｄの配線構造を説明するための回路図である。奇数（ＯＤＤ）番目の記録素子用の駆動回路図である。偶数（ＥＶＥＮ）番目の記録素子用の駆動回路図である。駆動回路における各信号の発信状態を示すタイミングチャートである。本発明の実施形態のノーマルヘッドＨ１０００における、記録素子ユニットＨ１００１と、これにインクを供給するためのインク供給ユニットＨ１００２の構造を説明するための、断面図および平面図である。本発明の実施形態のリカバリーヘッドＨ１０００Ｒにおける、記録素子ユニットＨ１００１と、これにインクを供給するためのインク供給ユニットＨ１００２Ｒの構造を説明するための、断面図および平面図である。実施例１における４つのノーマルヘッドＨ１０００Ｃ〜Ｈ１０００Ｋと１つのリカバリーヘッドＨ１０００Ｒから吐出するインクの種類を説明するための図である。（ａ）〜（ｃ）は、実施例２のインクジェット記録装置において、使用に伴って新たに吐出状態が不良な記録素子が発生した場合の対応方法を説明するための図である。実施例３における４つのノーマルヘッドＨ１０００Ｃ〜Ｈ１０００Ｋと２つのリカバリーヘッドＨ１０００Ｒ１およびＨ１０００Ｒ２から吐出するインクの種類を説明するための図である。実施例４における記録ヘッドの配置構成を示した図である。実施例６における４つのノーマルヘッドＨ１０００Ｃ〜Ｈ１０００Ｋと１つのリカバリーヘッドＨ１０００Ｒから吐出するインクの種類を説明するための図である。本発明に採用可能なシリアル型のインクジェット記録装置の概略構成を説明するための図である。

符号の説明

Ｈ１０００記録ヘッド（ノーマルヘッド）
Ｈ１０００Ｒリカバリーヘッド
Ｈ１００１記録素子ユニット
Ｈ１００２インク供給ユニット
Ｈ１００２Ｒインク供給ユニット
Ｈ１１００記録素子基板
Ｈ１１０１インク供給口
Ｈ１１０２電気熱変換素子（ヒータ）
Ｈ１１０４インク流路
Ｈ１１０５ノズル
Ｈ１１０７発泡室
Ｈ１１０８Ｓｉ基板
Ｈ１１１０ノズルプレート
Ｈ１２００支持基板
Ｈ１２０１インク供給口
Ｈ１３００電気配線基板
Ｈ１４００プレート部材
Ｈ１５００インク供給部材
Ｈ１５０１共通液室
Ｈ１５０５インク供給系接続口
Ｈ１６００フィルター部材
Ｈ１８００インクタンク
Ｍ４０００記録装置本体

Claims

インクを吐出する複数の記録素子が所定方向に配列された記録素子基板と、前記記録素子にインクを供給するためのインク供給部材とを備え、互いに異なるインクを吐出し前記所定方向と交差する方向に互いに並列して配される複数の第１のインクジェット記録ヘッドと、
インクを吐出する複数の記録素子が前記所定方向に配列された記録素子基板と、前記所定方向に関して区分される前記複数の記録素子の領域の各々に対してインクを導入する複数の導入口とインクを導出する複数の導出口とを備えるインク供給部材とを備え、前記複数の導入口は互いに異なる種類のインクを供給することが可能な、前記第１のインクジェットヘッドに対し前記所定方向と交差する方向に並列して配される少なくとも１つの第２のインクジェット記録ヘッドとを用い、
前記第１のインクジェット記録ヘッドと第２のインクジェット記録ヘッドとは相対移動することなく記録媒体に画像を記録するインクジェット記録装置であって、
前記第１のインクジェット記録ヘッドに吐出状態が不良な記録素子が存在する場合、当該記録素子が行うべき吐出動作を、前記第２のインクジェット記録ヘッドに含まれる記録素子に行わせることを特徴とするインクジェット記録装置。
前記第１のインクジェット記録ヘッドに吐出状態が不良な記録素子が存在する場合、当該記録素子が含まれる前記記録素子基板に配列する全ての記録素子が行うべき吐出動作を、前記第２のインクジェット記録ヘッドに含まれる前記記録素子基板に配列する記録素子に行わせ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。
前記複数の第１のインクジェット記録ヘッドおよび前記少なくとも１つの第２のインクジェット記録ヘッドは、前記記録素子の配列の方向とは交差する方向に並列に配置され、所定の速度で搬送される記録媒体に対して、前記記録素子よりインクを吐出することにより、前記記録媒体に画像を記録す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。
前記複数の第１のインクジェット記録ヘッドおよび前記少なくとも１つの第２のインクジェット記録ヘッドが、前記記録素子の配列の方向とは交差する方向に所定の速度で移動しながら前記記録素子よりインクを吐出する記録主走査と、前記記録媒体を前記配列の方向に搬送する搬送動作と、を交互に繰り返すことにより前記記録媒体に画像を記録す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。