JP2005074884A - 記録ヘッド及び該記録ヘッドを用いたヘッドカートリッジ、記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録ドットのサイズを制御して中間調を表現するドット径制御方式のインクジェット記録ヘッドにおいて、大インク滴と小インク滴を打ち分け、被記録媒体への乾燥性をより均一として画質に影響する現象を抑え、階調性に優れた高品質の記録を行う。
【解決手段】記録ヘッド１は、吐出口径の大きいブラックの第１吐出口列２４Ｂｋと、吐出口径の小さいカラー（イエロー、マゼンタ、シアン）の第２吐出口列２５Ｙ，２６Ｍ，２７Ｃを有する。第１の吐出口４−１から吐出されるインクの粘度は、第２の吐出口４−２から吐出されるインクの粘度よりも高く、また第１の吐出口４−１に対応したインクを吐出させる発熱抵抗素子２−１の発生エネルギーは、第２の吐出口４−２に対応した発熱抵抗素子２−２の発生エネルギーより大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体を吐出する記録ヘッド及び該記録ヘッドを用いたヘッドカートリッジ、記録装置に関し、さらに詳しくは、吐出口から吐出される液体により形成される記録ドットのサイズを制御して中間調を表現するドット径制御方式のインクジェット記録ヘッド、ヘッドカートリッジ、記録装置に関する。

また、本発明は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の被記録媒体に対して記録を行うプリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタを有するワードプロセッサ等の装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業用記録装置に適用できる記録ヘッド及びその応用装置に関する発明である。なお、本発明における「記録」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を被記録媒体に付与することをも意味するものである。

今日、記録装置として様々な記録方式が開発されているが、中でもインクジェット記録方式は、高密度記録が可能であること、カラー化が容易であること、低価格であること、装置の小型化が可能であること等から広く用いられている。例えば、プリンタやファクシミリあるいは複写機等の記録部に用いられている。

インクジェット記録方式としては、発熱抵抗体等の電気熱変換素子を用いて液体の膜沸騰による相変化を利用するサーマル方式、また圧電素子を用いた圧電アクチュエータ、温度変化による金属相変化を用いる形状記憶合金アクチュエータ、静電力を用いた静電アクチュエータを用いた電気機械変換素子を用いる方式が開発されている。

この種の吐出方式を用いた場合の中間調表現方式としては、一定サイズのインクドットを記録し、この記録ドットの単位面積当りの数を制御して中間調を表現するドット密度制御法、あるいは記録ドットのサイズを制御して中間調を表現するドット径制御法が一般的に知られている。

インク吐出方式として、上記電気熱変換素子によるものを用いた場合、この方式にかかる記録ヘッドは製造が比較的容易であり、また高密度化が可能であるため解像度の高い記録が可能である等の利点を有するが、圧力変化量を制御することが比較的困難なため記録ドットの径を変調することができず、このためドット径制御法を用いることが困難である。そのため、吐出口径の異なる２種類の吐出口列をもってドット径制御を行う構成が特許文献１、特許文献２に開示されている。また、圧電素子を用いて１種類の吐出口径の吐出口列をもってドット径制御を行う構成が特許文献３に開示されている。また、本出願人の出願に係る特許文献４には、記録液体に対する熱エネルギー作用部を設けた記録ヘッドにおいて、熱エネルギー作用部を、独立に駆動可能である記録液体の吐出口から等距離に配置した２つの発熱体で形成し、一方の発熱体の発熱能力の他方の発熱体の発熱能力の１〜２倍として、階調幅を広くした構成が開示されている。

特許文献１、特許文献２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装置に較べ、より高階調で記録を行うことができ、体積の小さいインク滴（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装置に較べ、より高速で記録を行うことができる。これら大インク滴、小インク滴を適宜組み合わせることにより、幅広い階調性をもたせている。

また、特許文献３のような構成のインクジェット記録ヘッドによれば、印加電圧を制御して大きな変位が得られる圧電素子を用いているので、インクの物性（例えば粘度、表面張力）を変えることで、インクの加圧力を調節し、同一ノズルから安定して吐出できるインク量及び吐出したインクにより形成されるドットの大きさの可変幅を広くすることができ、より高い階調性を得ることができる。

次に、染料インクと顔料インクについて説明する。
染料インクは、「色材」といって色を出す成分が分子サイズで液中に溶けこんでいるもので、インクを被記録媒体へ着弾させると、色材を含んだ液は被記録媒体中に染み込み記録される。「水性染料インク」は最も一般的に用いられ、画質安定性が良く、発色も良好である。ただし、インクの性質上、耐光性にはやや欠けるため、展示用のプリントや長期保存には適さない。

一方、顔料インクは、顔料の粒子を水に溶いたようなもので、水に色は付いておらず、色の粒子が水に漂っているものであり、インクを被記録媒体へ着弾させると顔料の粒子は被記録媒体上に固形物で安定した状態で保持され、被記録媒体中へは染み込まないため、染料と比較すると発色性の面でやや劣るが、耐光性の面では優る性質がある。
特開２００３−１２７４３９号公報 特開２００２−３２１３５４号公報 特開平１０−０３４９１４号公報 特開２０００−０４３２６９号公報

しかし、特許文献１、特許文献２に開示された記録ヘッドは、吐出口の開口面積に応じて吐出口から吐出されるインク滴の大きさが変えられ階調記録ができるものの、開口面積の異なる吐出口はインク供給部を共通にし、同一種類のインクを供給しているので、インク滴の大きさの違いにより被記録媒体上へ浸透する速度が異なり、コックリング現象を起こす。

また、特許文献３に開示された発明は、水溶性有機溶媒の調合割合を変え粘度を調節したインクは染料インクであるが故に、被記録媒体上への浸透率、浸透範囲が水溶性有機溶媒の種類及びその割合によって変わって、被記録媒体上でのドット径が変化していると考えられる。圧電体や静電気力を用いた電気機械変換素子のアクチュエータでは、アクチュエータの変位量に比例してインク滴は吐出される。この実験データにはドット径とインク滴との関係は示されておらず、インク滴径がインク物性によって変化したかどうかは容易に判断できない。

この例のような水溶性染料を使用した場合、インクは被記録媒体上へ浸透し記録されるため、被記録媒体の種類が変わってもドット径は変化してしまう。そのため、被記録媒体の特性を規定する、もしくは被記録媒体の情報を測定してフィードバックする等の制御を加えることが必要で、インクジェット記録ヘッドとインク物性だけでドット径を制御するのは困難である。

そこで、本発明の目的は、大インク滴と小インク滴を打ち分け、被記録媒体への乾燥性をより均一とすることでコックリング等の画質に影響する現象を抑え、階調性に優れたより品質の高い記録を行える記録装置を提供することにある。

請求項１の発明は、吐出口径の異なる吐出口を有する少なくとも２種類の吐出口列を有しドット径制御を行う構成であって、所定の体積の記録液を吐出する複数の第１吐出口と、前記所定の体積より小さな体積の記録液を吐出する複数の第２吐出口と、前記第１、第２の吐出口それぞれに対応した記録液を吐出させる吐出エネルギー発生手段と、記録液を前記第１、第２の吐出口に供給する液体供給路とを備えた記録ヘッドにおいて、前記第１の吐出口は、前記第２の吐出口から吐出される記録液の粘度より高い粘度の記録液を吐出する吐出口であることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明の記録ヘッドにおいて、前記第１の吐出口の径及び該第１の吐出口から記録液を吐出させる前記吐出エネルギー発生手段の発生エネルギーは、前記第２の吐出口の径及び該第２の吐出口から記録液を吐出させる前記吐出エネルギー発生手段の発生エネルギーより、それぞれ大きいことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２の発明の記録ヘッドにおいて、少なくとも前記第１の吐出口からは、４ｍＰａ・ｓ以上の記録液を吐出することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３の発明の記録ヘッドにおいて、前記第１、第２の吐出口からは、顔料を成分に有する記録液を吐出することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４の発明の記録ヘッドにおいて、前記吐出エネルギー発生手段は、発熱抵抗体を用いて液体の膜沸騰による相変化を利用する電気熱変換素子からなることを特徴とする。

請求項６の発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドと該液体吐出ヘッドに記録液を供給する記録液タンクを一体化したヘッドカートリッジにおいて、前記液体吐出ヘッドは、請求項１〜５の発明の記録ヘッドであることを特徴とする。

請求項７の発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドを搭載した記録装置において、前記液体吐出ヘッドは、請求項１〜５の発明の記録ヘッドまたは請求項６の発明のヘッドカートリッジであることを特徴とする。

本発明の記録ヘッド、ヘッドカートリッジ、記録装置は、次のような効果を奏する。
請求項１の記録ヘッドは、吐出口径の異なる吐出口を有する少なくとも２種類の吐出口列を有し記録ドット径制御を行う構成であり、大きな体積のインクを吐出する吐出口から吐出するインクは、小さな体積のインクを吐出する吐出口から吐出するインクより粘度が高いので、大インク滴と小インク滴を打ち分け、被記録媒体への乾燥性をより均一とすることでコックリング等の画質に影響する現象を抑え、階調性に優れたより品質の高い記録ができる。

請求項２の記録ヘッドは、第１の吐出口の径及び第１の吐出口からインクを吐出させるための吐出エネルギー発生手段の発生エネルギーは第２のそれらより大きいので、インクの粘度を大きくしても吐出特性に悪影響を及ぼすことなく、階調性に優れたより品質の高い記録ができる。

請求項３の記録ヘッドは、少なくとも大きな体積のインクを吐出する第１の吐出口からは、４ｍＰａ・ｓ以上のインクを吐出するので、普通紙に印字する場合においても高速に高画質画像を得ることができる。

請求項４の記録ヘッドは、第１、第２の吐出口からは顔料を成分に有するインクを吐出するので、色材の顔料が被記録媒体表面に保持されるため、記録ヘッドの吐出口から吐出されたインク滴の大きさが相対的にそのドット径となり、被記録媒体の性質に左右されることなくインク滴の大きさで、ほぼドット径を制御することができる。

請求項５の記録ヘッドは、吐出エネルギー発生手段が発熱抵抗体を用いて液体の膜沸騰による相変化を利用する電気熱変換素子から構成されているので、吐出特性を維持しながら吐出口の口径に応じた大きさのインク滴を吐出することができ、コックリング等の画質に影響する現象を抑え、階調性に優れたより品質の高い記録ができる。

請求項６のヘッドカートリッジは、記録液タンクが一体化されたヘッドカートリッジに請求項１〜５の記録ヘッドを搭載したので、階調性に優れたより品質の高い記録ができるヘッドカートリッジを提供できる。

請求項７の記録装置は、請求項１〜５の記録ヘッド、または請求項６のヘッドカートリッジを記録装置へ搭載したので、階調性に優れたより品質の高い記録装置を提供できる。

本発明は、吐出口径の異なる少なくとも２種類の吐出口列を有しドット径制御を行う構成であって、所定の体積の記録液を吐出する複数の第１吐出口と、前記所定の体積より小さな体積の記録液を吐出する複数の第２吐出口と、前記第１、第２の吐出口それぞれに対応した記録液を吐出させる吐出エネルギー発生手段と、記録液を前記第１、第２の吐出口に供給する液体供給路とを備えた記録ヘッドにおいて、前記第１の吐出口は、前記第２の吐出口から吐出される記録液の粘度より高い粘度の記録液を吐出する吐出口であることを特徴とする。本発明の記録ヘッドによれば、吐出口径の異なる少なくとも２種類の吐出口列を有し記録ドット径制御を行う構成であり、大きな体積のインクを吐出する吐出口から吐出するインクは、小さな体積のインクを吐出する吐出口から吐出するインクより粘度が高いので、大インク滴と小インク滴を打ち分け、被記録媒体への乾燥性をより均一とすることでコックリング等の画質に影響する現象を抑え、階調性に優れたより品質の高い記録が可能である。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図６に示す実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施例１の記録ヘッド要部を模式的に示す図で、図１（Ａ）は記録ヘッドの吐出口が形成された面を吐出口外側からみた図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の主走査方向の断面図である。
実施例１の記録ヘッド１は、図１（Ｂ）に示すように、エネルギー変換素子としての発熱抵抗素子２（２−１，２−２）を含む基板３と、吐出口４（４−１，４−２）を形成するオリフィスプレート５とを備えている。なお、図１（Ａ）は基板３に対して略透明なオリフィスプレート５を載せた状態を模式的に示しており、基板３に形成されたインク供給口は省略して描かれている。

基板３は、本実施例では面方位＜１００＞のシリコン単結晶で形成され、その上面（オリフィスプレート５との接続面）には、図１（Ｂ）に示すように発熱抵抗素子２（２−１，２−２）が形成され、この発熱抵抗素子２（２−１，２−２）を駆動するための駆動トランジスタ等からなる駆動回路６、配線板（図示しない）と接続するためのコンタクトパッド７、駆動回路６とコンタクトパッド７とを接続する配線８等が半導体プロセスを用いて形成されている。また、基板３には上述の駆動回路６、発熱抵抗素子２（２−１，２−２）、配線８、コンタクトパッド７を除いた領域に、異方性エッチングにより形成された貫通口が４つ設けられ、それぞれ後述する各色のインクの吐出口列２４Ｂｋ、２５Ｙ、２６Ｍ、２７Ｃにブラック（Ｂｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各インクを供給するためのインク供給口９を形成している。

基板３上に設けられるオリフィスプレート５は、本実施例では感光性エポキシ樹脂で形成され、発熱抵抗素子２（２―１，２−２）に対応して、吐出口４（４−１，４−２）、インク流路１０及びインク供給口９と連通する共通液室１１が形成されている。ここで、前述の異方性エッチングを、シリコン基板上に酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜を形成した後、貫通口及び吐出口とインク流路とを備えたオリフィスプレートを形成し、インク供給口部の酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜を除去することは、安価で精密なインクジェットヘッドを作製することができるので望ましい。

この記録ヘッド１には、複数のインク流路１０がそれぞれの吐出口４まで連通して形成されている。また、各インク流路１０にはそれぞれ複数の発熱抵抗素子２が設けられている。また、該複数の発熱抵抗素子２は少なくとも２種類の発熱能力を有している。インクタンク（図示しない）から供給されたインクは共通液室１１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１０に侵入し、吐出口４にてメニスカスを形成する。これにより、インク流路１０はインクで満たされた状態に保たれる。この状態で発熱抵抗素子２に駆動パルスを印加して発熱させ、インクに熱エネルギー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からインクが吐出される。また、各複数の発熱抵抗素子２はそれぞれ独立して駆動することが可能である。

このような基板３及びオリフィスプレート５を有する記録ヘッド１は、電気熱変換体によって印加される熱エネルギーによる膜沸騰により生じる気泡の圧力を利用して、吐出口４よりインク等の液体を吐出して記録を行うものである。

大インク滴を吐出するために、吐出口４−１、発熱抵抗素子２−１は、小インク滴を吐出する吐出口４−２、発熱抵抗素子２−２と比較して相対的に大きく形成されている。

本実施例では、同一基板３上に大インク滴用インク（Ｂｋ）の吐出口列２４Ｂｋと、小インク滴用インク（Ｙ，Ｍ，Ｃ）の吐出口列２５Ｙ，２６Ｍ，２７Ｃを吐出口並び方向（副走査方向）に配列したものである。各色１列あたり吐出口を約４２μｍ（１／６００インチ）ピッチで、１色あたり２５６個の吐出口を有する。各吐出口列は一列に配置されているが、２列の千鳥配列にしても構わない。２列の千鳥配列にすると、約２１μｍ（１／１２００インチ）ピッチで記録ができるので、より高精細な画像形成ができる。

ブラックインク（Ｂｋ）は、画像の高濃度部でのみ使用されるためドットの粒状性がそれほど目立たない。そのため、ブラック（Ｂｋ）に関しては、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）のカラーインクの吐出口径と較べて相対的に大きな吐出口を用いて、小インク滴化を図らなくとも印字品質はあまり変わらない。但し、ブラックインクとカラーインクのインク滴の大きさを変えると単位体積当たりのインクに対して占める表面積の割合が小さくなるため、被記録媒体上でインクの乾燥速度が変わり、被記録媒体にコックリングが発生することがわかっている。ここでは、相対的にブラック顔料の成分を増やし、カラーインクの小インク滴とブラックインクの大インク滴とでそれぞれが占める水溶性有機溶媒、純水、界面活性剤等の量の差を減らしインクの粘度を調整している。

染料インクは、粘度を変えると被記録媒体への浸透性が変化し、ドット径が変化する（特許文献３参照）。被記録媒体の種類が変わればさらに変化の割合が大きくなるため、制御が難しい。顔料インクは、色材の顔料が被記録媒体表面に保持されるため、インクジェット記録ヘッドの吐出口から吐出されたインク滴の大きさが相対的にドット径となる。したがって、被記録媒体の性質に左右されることなく、インク滴の大きさでほぼドット径を制御することができる。そのため、本実施例においても顔料インクを使うのが望ましい。但し、被記録媒体の情報を事前に収集し、インクジェット吐出ヘッドから吐出されるインク滴の大きさを調整する仕組みを取ることで染料インクも使用できる。

ここで、このインクジェット記録ヘッドにおいて使用する液体であるインクについて説明する。本発明のインクジェット記録ヘッドで使用するインク液は、次の構成（１）〜（１０）を備えた印字用インクであることが好ましいが、これに限るものではない。
（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。このようなインクを使用することによって、特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、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、耐水性等を有した画像等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。

また、インク粘度は顔料の成分量を変えることなく水溶性有機溶剤、界面活性剤、純水等をもって調合調整されることが望ましい。顔料成分量を変えてしまうと、インク濃度が変化してしまい、画質が変化してしまう。但し、カラーインクの粘度は一定で、ブラックインクの粘度を変える場合においてはその限りではなく、顔料の成分量を変えて粘度調整をしても画質に及ぼす影響は少なく、実用上問題ない。

上記記載のインクは、普通紙への印字において高速に高画質画像を得る場合に、高粘度化することが望ましい。特に、粘度が４ｍＰａ・ｓ以上、より好ましくは８ｍＰａ・ｓ以上のインクを用いると普通紙に印字する場合においても高速に高画質画像を得ることが可能となる。まして、カラーインクのように顔料の成分量を変えることなく水溶性有機溶剤、界面活性剤、純水等をもって粘度を調合調整されるので、乾燥速度が遅い大インク滴ではより効果的である。

なお、記録液の製造方法としては上記に限るものではなく、以下のような種々の材料を添加することも可能である。
記録液の乾燥を防止するため、また本発明の化合物の溶解安定性、分散性を向上させるため等の目的から下記水溶性有機溶媒を使用することができる。
エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、１，５−ペンタンジオール、１，５−ヘキサンジオール、グリセロール、１，２，６−ヘキサントリオール、１，２，４−ブタントリオール、１，２，３−ブタントリオール、ペトリオール等の多価アルコール類、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の多価アルコールアルキルエーテル類、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノベンジルエーテル等の多価アルコールアリールエーテル類、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−ヒドロキシエチル−２−ピロリドン、２−ピロリドン、１，３−ジメチルイミダゾリジノン、ε−カプロラクタム等の含窒素複素環化合物、ホルミアミド、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等のアミド類、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン等のアミン類、ジメチルスルホキシド、スルホラン、チオジエタノール等の含硫黄化合物類、プロピレンカーボネート、炭酸エチレン、γ−ブチロラクトンである。これらの溶媒は水と共に単独もしくは複数混合して用いられる。

これらの中で特に好ましいものは、ジエチレングリコール、チオジエタノール、ポリエチレングリコール２００〜６００、トリエチレングリコール、グリセロール、１，２，６−ヘキサントリオール、１，２，４−ブタントリオール、ペトリオール、１，５−ペンタンジオール、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−ヒドロキシエチルピロリドン、２−ピロリドン、１，３−ジメチルイミダゾリジノンであり、これらを用いることにより水分蒸発による噴射特性不良の防止と高い溶解性、分散性に対して優れた効果が得られる。

本発明で使用できる顔料としては、具体的には以下のものが挙げられる。また、これら顔料は複数種類を混合して用いても良いし、あるいは染料等の他の色素と混合して用いても良い。これら着色剤は、本発明の効果が疎外されない範囲の量で添加される。有機顔料としてアゾ系、フタロシアニン系、アントラキノン系、ジオキサジン系、インジコ系、チオインジコ系、ペリレン系、イソインドレノン系、アニリンブラック、アゾメチン系、ローダミンＢレーキ顔料、カーボンブラック等が挙げられる。

無機顔料として酸化鉄、酸化チタン、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、バリウムイエロー、紺青、カドミウムレッド、クロムイエロー、金属粉が挙げられる。

図２は、本発明の実施例２の記録ヘッド要部を模式的に示す図で、図２（Ａ）は記録ヘッドの吐出口が形成された面を吐出口外側からみた図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の開口径の大きな吐出口を横切る断面図、図２（Ｃ）は図２（Ａ）の開口径の小さな吐出口を横切る断面図である。
本実施例の記録ヘッド１は、図２（Ｂ），図２（Ｃ）に示すように、エネルギー変換素子としての発熱抵抗素子２（２−１，２−２）を含む基板３と、吐出口４（４−１，４−２）を形成するオリフィスプレート５とを備えている。

本発明では、ブラックインクに対して２つの吐出口４（４−１，４−２）と２種類の発熱抵抗素子２（２−１，２−２）を有し、それら２種類の発熱抵抗素子２（２−１，２−２）はそれぞれ異なる発熱能力を有するようにしている。そして、ブラックインク（Ｂｋ）の２つの吐出口列２４Ｂｋ，３４Ｂｋのうち、吐出口列３４Ｂｋのの吐出口４−１は、ブラック（Ｂｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）インクの吐出口列２４Ｂｋ，２５Ｙ，２６Ｍ，２７Ｃの各吐出口４−２よりも開口径が大きい。ブラックインク（Ｂｋ）の吐出口列３４Ｂｋのそれぞれに対応する発熱抵抗素子２−１はブラック（Ｂｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）インクの吐出口列２４Ｂｋ，２５Ｙ，２６Ｍ，２７Ｃに対応する発熱抵抗素子２−２よりも大きな発熱能力を有している。

２種類の発熱抵抗素子２−１，２−２がそれぞれ異なる発熱能力を有するようにしているのは階調幅を増やすためである。今、２つの発熱抵抗素子２−１，２−２が同じ発熱能力を有するものとした場合、設定可能な階調段階は３段階である。つまり、１つの発熱抵抗素子２の発熱能力をＪとすると、０，Ｊ，２Ｊの３段階に発熱状態を設定することが可能である（３値）。

一方、本発明のように、２種類の発熱抵抗素子２−１，２−２の発熱能力が異なるようにした場合は、４段階に発熱状態をとることができる。つまり、第１の発熱抵抗素子２−２の発熱能力をＪ１、第２の発熱抵抗素子２−１の発熱能力をＪ２とすると、本発明では、画像情報に応じて、０，Ｊ１，Ｊ２，Ｊ１＋Ｊ２の段階に発熱状態をとることができる（４値）。

図３は、本発明の実施例３の記録ヘッド要部を模式的に示す図で、図３（Ａ）は記録ヘッドの吐出口が形成された面を吐出口外側からみた図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の開口径の大きな吐出口を横切る断面図、図３（Ｃ）は図３（Ａ）の開口径の小さな吐出口を横切る断面図である。
実施例３の記録ヘッド１は、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）に示すように、エネルギー変換素子としての発熱抵抗素子２（２−１，２−２）を含む基板３と、吐出口４（４−１，４−２）を形成するオリフィスプレート５とを備えている。

本発明では、ブラックインク、カラーインク（イエロー、マゼンダ、シアン）に対してそれぞれ２種類の吐出口４−１，４−２と２つの発熱抵抗素子２−１，２−２を有し、それら２種類の発熱抵抗素子２−１，２−２はそれぞれ異なる発熱能力を有するようにしている。そして、それら２つの発熱抵抗素子２−１，２−２をそれぞれ単独で、あるいは同時に駆動して、それぞれの場合に流路内で異なる大きさの気泡を発生させ、それによって吐出口より吐出させるインク滴の量を変え、階調記録を行うというものである。
ブラックインク及びカラーインク（イエロー、マゼンダ、シアン）の第１の吐出口列２４Ｂｋ，２５Ｙ，２６Ｍ，２７Ｃの第１の吐出口４−１は、第２の吐出口列３４Ｂｋ，３５Ｙ，３６Ｍ，３７Ｃの第２の吐出口４−２よりも開口径が大きい。第１の吐出口４−１に対応する発熱抵抗素子２−１は、第２の吐出口４−２に対応する発熱抵抗素子２−２よりも大きな発熱能力を有している。

ブラックインクＢｋに関しては、開口径の大きい第１の吐出口４−１のインク粘度を開口径の小さい第２の吐出口４−２のインク粘度より高く調合してある。インク粘度は主に顔料の量を増やし、純水、水溶性有機溶媒、界面活性剤等の量を極力、第２の吐出口４−２のインクとほぼ同量にしている。但し、コックリング等画質に影響しない範囲であれば顔料成分以外の純水、水溶性有機溶媒、界面活性剤等の量も調整しても構わないことも実験的に判っている。

カラーインク（イエロー、マゼンタ、シアン）に関しては、開口径の大きい第１の吐出口４−１のインク粘度と開口径の小さい第２の吐出口のインク粘度とはほぼ同じにしてある。インク粘度が低い場合、純水、水溶性有機溶媒の割合が多くなるため、インクの乾燥速度が遅くなり、今日、より高速記録が求められている中で乾燥が追いつかなくなり、コックリング、フェザリング等の画質劣化を引き起こす結果となる。したがって、比較的乾燥速度を速めるために実用上問題ない範囲でインク粘度を上げている。

カラーインクに関しても画像に影響ない範囲であれば、開口径の大きい第１の吐出口４−１のインク粘度と開口径の小さい第２の吐出口４−２のインク粘度とを変えて使用することもできる。その際、インク粘度を変えるには顔料成分を一定にし、純水、水溶性有機溶媒、界面活性剤等の調合量を変える方が第１の吐出口４−１から吐出されるインク濃度と第２の吐出口４−２から吐出されるインク濃度を一定にでき、画質は安定する。

上記記載のインクは、普通紙への印字において高速に高画質画像を得る場合に高粘度化することが望ましい。特に、粘度が４ｍＰａ・ｓ以上、より好ましくは８ｍＰａ・ｓ以上のインクを用いると普通紙に印字する場合においても高速に高画質画像を得ることが可能となる。まして、カラーインクのように顔料の成分量を変えることなく水溶性有機溶剤、界面活性剤、純水等をもって粘度を調合調整すれば、乾燥速度が遅い大インク滴ではより効果的である。

以上説明した実施例１〜３の液滴吐出ヘッドである記録ヘッドは、ブラックＢｋ、シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹの４色インクを用いた場合を例示しているが、淡シアンＬＣ，淡マゼンタＬＭ等を含める等、より多色であっても同様に適用できる。

図４は、本発明の実施例４のヘッドカートリッジを示す斜視図である。
実施例４のヘッドカートリッジ４１は、実施例１〜３のいずれかの記録ヘッド４２と、記録ヘッド４２に供給する液体を保持する液体容器を一体化したヘッドカートリッジである。階調性に優れた、より品質の高い記録が可能となる。

次に、本発明の記録ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の一例について説明する。
図５は、本発明の実施例５のインクジェット記録装置を示す要部斜視図、図６は、同記録装置の機構部の側面図である。
実施例５のインクジェット記録装置は、記録装置本体５１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ６３、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ヘッドからなる記録ヘッド６４、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ６５等で構成される印字機構部５２等を収納し、記録装置本体５１の下方部には前方側から多数枚の用紙５３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）５４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙５３を手差しで給紙するための手差しトレイ５５を開倒することができ、給紙カセット５４或いは手差しトレイ５５から給送される用紙５３を取り込み、印字機構部５２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５６に排紙する。

印字機構部５２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６１と従ガイドロッド６２とでキャリッジ６３を主走査方向（図６で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ６３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、淡シアン（ＬＣ）、マゼンタ（Ｍ）、淡マゼンタ（ＬＭ）、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ヘッドからなる記録ヘッド６４を複数のインク吐出口（ノズル）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６３には記録ヘッド６４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６５を交換可能に装着している。

インクカートリッジ６５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おり、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわず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記録ヘッド６４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。

ここで、キャリッジ６３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド６１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６２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ６３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ６７で回転駆動される駆動プーリ６８と従動プーリ６９との間にタイミングベルト７０を張装し、このタイミングベルト７０をキャリッジ６３に固定しており、主走査モーター６７の正逆回転によりキャリッジ６３が往復駆動される。

一方、給紙カセット５４にセットした用紙５３を記録ヘッド６４の下方側に搬送するために、給紙カセット５４から用紙５３を分離給装する給紙ローラ７１及びフリクションパッド７２と、用紙５３を案内するガイド部材７３と、給紙された用紙５３を反転させて搬送する搬送ローラ７４と、この搬送ローラ７４の周面に押し付けられる搬送コロ７５及び搬送ローラ７４からの用紙５３の送り出し角度を規定する先端コロ７６とを設けている。搬送ローラ７４は副走査モータ７７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６３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ７４から送り出された用紙５３を記録ヘッド６４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７９を設けている。この印写受け部材７９の用紙搬送方向下流側には、用紙５３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ８１、拍車８２を設け、さらに用紙５３を排紙トレイ５６に送り出す排紙ローラ８３及び拍車８４と、排紙経路を形成するガイド部材８５，８６とを配設している。

記録時には、キャリッジ６３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド６４を駆動することにより、停止している用紙５３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙５３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５３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５３を排紙する。

また、キャリッジ６３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６４の吐出不良を回復するための回復装置８７を配置している。回復装置８７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６３は印字待機中にはこの回復装置８７側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド６４をキャッピングされ、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。また、記録途中等に記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。

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６４の吐出口（ノズル）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（図示しない）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ヘッドを搭載しているので、粒状性の少ない階調性のよい画像が得られ、印字速度が速く、小型であるインクジェット記録装置が実現可能である。

本発明の実施例１の記録ヘッド要部を模式的に示す図で、図１（Ａ）は記録ヘッドの吐出口が形成された面を吐出口外側からみた図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の主走査方向の断面図である。 本発明の実施例２の記録ヘッド要部を模式的に示す図で、図２（Ａ）は記録ヘッドの吐出口が形成された面を吐出口外側からみた図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の開口径の大きな吐出口を横切る断面図、図２（Ｃ）は図２（Ａ）の開口径の小さな吐出口を横切る断面図である。 本発明の実施例３の記録ヘッド要部を模式的に示す図で、図３（Ａ）は記録ヘッドの吐出口が形成された面を吐出口外側からみた図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の開口径の大きな吐出口を横切る断面図、図３（Ｃ）は図３（Ａ）の開口径の小さな吐出口を横切る断面図である。 本発明の実施例４のヘッドカートリッジを示す斜視図である。 本発明の実施例５のインクジェット記録装置を示す要部斜視図である。 図５に示すインクジェット記録装置の機構部の側面図である。

符号の説明

１…記録ヘッド、２（２−１，２−２）…発熱抵抗素子（エネルギー変換素子）、３…基板、４（４−１，４−２）…吐出口、５…オリフィスプレート、６…駆動回路、７…コンタクトパッド、８…配線、９…インク供給口、１０…インク流路、１１…共通液室、２４Ｂｋ、２５Ｙ、２６Ｍ、２７Ｃ、３４Ｂｋ、３５Ｙ、３６Ｍ、３７Ｃ…吐出口列、４１…ヘッドカートリッジ、４２…記録ヘッド、５１…記録装置本体、５２…印字機構部、５３…用紙、５４…給紙カセット、５５…手差しトレイ、５６…排紙トレイ、６１…主ガイドロッ６２…従ガイドロッド、６３…キャリッジ、６４…記録ヘッド、６５…インクカートリッジ、６７…主走査モータ、６８…駆動プーリ、６９…従動プーリ、７０…タイミングベルト、７１…給紙ローラ、７２…フリクションパッド、７３…ガイド部材、７４…搬送ローラ、７５…搬送コロ、７６…先端コロ、７７…副走査モータ、７９…印写受け部材、８１…搬送コロ、８２…拍車、８３…排紙ローラ、８４…拍車、８５，８６…ガイド部材、８７…回復装置。

Claims (7)

1. 吐出口径の異なる吐出口を有する少なくとも２種類の吐出口列を有しドット径制御を行う構成であって、所定の体積の記録液を吐出する複数の第１吐出口と、前記所定の体積より小さな体積の記録液を吐出する複数の第２吐出口と、前記第１、第２の吐出口それぞれに対応した記録液を吐出させる吐出エネルギー発生手段と、記録液を前記第１、第２の吐出口に供給する液体供給路とを備えた記録ヘッドにおいて、
   前記第１の吐出口は、前記第２の吐出口から吐出される記録液の粘度より高い粘度の記録液を吐出する吐出口であることを特徴とする記録ヘッド。
2. 前記第１の吐出口の径及び該第１の吐出口から記録液を吐出させる前記吐出エネルギー発生手段の発生エネルギーは、前記第２の吐出口の径及び該第２の吐出口から記録液を吐出させる前記吐出エネルギー発生手段の発生エネルギーより、それぞれ大きいことを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。
3. 少なくとも前記第１の吐出口からは、４ｍＰａ・ｓ以上の記録液を吐出することを特徴とする請求項１または２に記載の記録ヘッド。
4. 前記第１、第２の吐出口からは、顔料を成分に有する記録液を吐出することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の記録ヘッド。
5. 前記吐出エネルギー発生手段は、発熱抵抗体を用いて液体の膜沸騰による相変化を利用する電気熱変換素子からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の記録ヘッド。
6. 液体を吐出する液体吐出ヘッドと該液体吐出ヘッドに記録液を供給する記録液タンクを一体化したヘッドカートリッジにおいて、前記液体吐出ヘッドは、請求項１〜５のいずれかに記載の記録ヘッドであることを特徴とするヘッドカートリッジ。
7. 液体を吐出する液体吐出ヘッドを搭載した記録装置において、前記液体吐出ヘッドは、請求項１〜５のいずれかに記載の記録ヘッドまたは請求項６に記載のヘッドカートリッジであることを特徴とする記録装置。

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