JP2005153435A - 液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】開口面積の小さい吐出口の列と、開口面積の大きい吐出口の列とを有し、開口面積の小さい吐出口と大きい吐出口が主走査方向に沿う同じ仮想線上に位置するように配置して、階調記録を行うと、スジやムラが発生して画像品質が低下する。
【解決手段】開口面積の小さい第一吐出口１１と開口面積の大きい第二吐出口１２とを交互に配置した第一、第二吐出口列１３、１４とを有し、第一吐出口列１３の第一吐出口１１と第二吐出口列１４の第二吐出口１２とが主走査方向に沿う同じ仮想線Ｌ０上に位置するように配置して、第二吐出口１２のよる大ドットの間を隙間なく第一吐出口１１による小ドットで埋めることでスジの発生を防止する。
【選択図】図４

Description

本発明は液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ及び画像形成装置に関する。

例えば、プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像形成装置として、記録液の液滴を吐出する吐出口（ノズル）と、この吐出口が連通する液室（吐出室、圧力室、加圧室、インク流路等とも称される。）と、この液室内の記録液を加圧するためのエネルギーを発生する駆動手段（アクチュエータ手段）とを備えて、エネルギーを発生させることによって液室内のインクに圧力を作用させ、ノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを備えたものがある。

インクジェットヘッドとしては、駆動手段として、圧電素子などの電気機械変換素子を用いる圧電型のもの、振動板と電極間の静電力を利用する静電型のもの、電気熱変換素子（発熱抵抗体）による膜沸騰を利用するサーマル型のものなどがある。

この中で、サーマル型ヘッドは、電気熱変換素子（ヒーター）とこの電気熱変換素子に電圧を印加するための電極を有し、電気熱変換素子に電圧を印加することによりインクを加熱して気泡を発生させ、この気泡による圧力で吐出口よりインクを吐出させるものである。

このサーマル型ヘッドにおける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するものであり、この膜沸騰現象によって発生する気泡は気泡の発生から消滅の再現性が非常に良く、電気熱変換素子を用いた駆動手段は液滴を噴射させるための駆動手段としては最適のものといえる。

しかしながら、サーマル型ヘッドにおいては、その気泡の発生から消滅の挙動が、気泡の発生（１）と消滅（０）というように２値的であり、気泡の大きさ、つまりは、吐出される液体の体積を制御することは困難である。そのため、サーマル型ヘッドを用いたインクジェット記録装置は２値記録を行なうには適しているが、液滴の大きさを制御して多値記録を行うことは困難である。

そこで、サーマル型ヘッドを用いたインクジェット記録装置において、特許文献１に記載されているように、少なくとも２つの独立に信号を入力しうるヒーターの各々に入力する信号の入力タイミングを適宜ずらすことにより２つのヒーターで２つの気泡を発生させて、吐出口より吐出させるインク滴の量を微妙に変化させることで、高階調記録を実現しようとするものがある。
特開昭５５−１３２２５９号公報 特開２０００−４３２６９号公報

しかしながら、このように独立して駆動される２つのヒーターで２つの気泡を発生させる場合、気泡の発生から消滅のタイミングの制御が難しいという問題がある。

そこで、特許文献３ないし５に記載されているように、開口面積の異なる複数種類の吐出口を形成すること、体積の異なる液滴を吐出できるようにしたサーマル型ヘッドが知られている。
特開２００３−１２７４３９号公報 特開２００２−３２１３５４号公報 特開平９−２５４４１３号公報

このような従来のインクジェットヘッドの一例について図３３及び図３４を参照して説明すると、このヘッドは、アクチュエータ基板５０１と、流路基板５０２及びノズル板５０３を接合して構成され、アクチュエータ基板５０１上には複数のエネルギー発生素子（発熱抵抗体）５０４、５０５を備え、ノズル板５０３にはこれらのエネルギー発生素子５０４、５０５に対応する位置に複数の第一吐出口５０５、第二吐出口５０６がそれぞれ形成されている。

そして、ノズル板５０３の第一、第二吐出口５０６、５０７の間では、第一吐出口５０６は相対的に開口面積を小さく、第二吐出口５０７は相対的に開口面積を大きく形成することにより、開口面積の小さい複数の第一吐出口５０６を仮想線Ｌ１上で一列に並べた第一吐出口列５１１と、開口面積の大きい複数の第二吐出口５０７を仮想線Ｌ2上で一列に並べた第二吐出口列５１２とを、このヘッドをキャリッジに搭載したときの主走査方向に所定の間隔を置いて配置している。

この場合、第一吐出口列５１１の各第一吐出口５０６と第二吐出口列５１２の各第二吐出口５０７は、吐出口の並び方向の位置を同じ位置に配置する、つまり、図中の吐出口の並び方向に直交する同一の仮想線Ｌ０に第一、第二吐出口５０６、５０７の中心が位置する構成としている。

また、第一吐出口５０６に対応するエネルギー発生素子５０４の面積及び液体供給路５０９の幅は小さく、第二吐出口５０７に対応するエネルギー発生素子５０５の面積及び液体供給路５１０の幅は大きく形成されている。

そして、このヘッドでは、図示しないインクタンクより共通液室５０８を介して液体供給路５０９、５１０に供給されたインクを、エネルギー発生素子５０４、５０５を選択に駆動して加熱することにより、気泡を発生させてその圧力により第一、第二吐出口５０６、５０７から選択的にインク滴を吐出させる。

これにより、第一吐出口５０６は開口面積が小さいため、第一吐出口５０６より吐出されるインク滴の体積は相対的に小さい。一方、第二吐出口５０７は開口面積が大きいため、第二吐出口５０７より吐出されるインク滴の体積は相対的に大きく、結果的に２種類の異なる大きさのインク滴を吐出することができる。

なお、吐出口の大きさを異ならせるヘッドとしては、特許文献６に記載されているように、微粒子を分散させた記録液体を使用する場合、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らせたものも知られている。
特開２０００−２１１１２４号公報

上述した図３３及び図３４で説明したような開口面積の異なる第一吐出口５０６と第二吐出口５０７をキャリッジの走査方向（主走査方向）に沿う仮想線L０上に配置したヘッドを使用して記録を行った場合、被記録媒体である用紙上でのドットの位置関係は図３５に示すようになる。

すなわち、第一吐出口５０６から吐出されたインク滴によって小ドットＤ１が形成され、第二吐出口５０７から吐出されたインク滴によって大ドットＤ２が形成されるが、吐出した各々のドット間には連続的に隙間５２１が発生し、記録画像にスジが生じるという課題がある。

この場合、被記録媒体を吐出口間隔の幅分だけ送る間にヘッドを２度走査することで回避することができるが、これでは画像形成装置の高速化を図るのが困難となる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、高階調かつ高解像及び高速記録が可能な液滴吐出ヘッド、及びこの液滴吐出ヘッドを備える液体カートリッジ、並びにこれらの液滴吐出ヘッド又は液体カートリッジを搭載した画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明に係る液滴吐出ヘッドは、体積の異なる液滴を吐出するための複数種の吐出口を交互に並べた吐出口列を有する構成としたものである。

ここで、隣り合う２つの吐出口列のうちの対応する一方の吐出口列の吐出口と他方の吐出口列の吐出口が異なる種類の吐出口であることが好ましい。また、吐出口列を構成する、異なる種類の吐出口の列がずれていることが好ましい。

本発明に係る液滴吐出ヘッドは、所定の体積の液滴を吐出するための複数の第一吐出口と、この第一吐出口よりも大きな体積の液滴を吐出するための複数の第二吐出口とを備え、キャリッジの走査方向と交差する方向に第一吐出口と第二吐出口を交互に並べた吐出口列を有する構成としたものである。

ここで、吐出口列を複数列有し、隣り合う２つの吐出口列のうちの一方の吐出口列の第一吐出口と他方の吐出口列の第二吐出口が対応することが好ましい。また、吐出口列を構成する第一吐出口の列と第二吐出口の列がずれていることが好ましい。

本発明に係る液滴吐出ヘッドは、所定の体積の液滴を吐出するための複数の第一吐出口と、この第一吐出口よりも大きな体積の液滴を吐出するための複数の第二吐出口とを備えるライン型の液滴吐出ヘッドであって、第一吐出口と第二吐出口を交互に並べた吐出口列を有する構成とした。

ここで、吐出口列を複数列有し、隣り合う２つの吐出口列のうちの一方の吐出口列の第一吐出口と他方の吐出口列の第二吐出口が対応することが好ましい。また、吐出口列を構成する第一吐出口の列と第二吐出口の列がずれていることが好ましい。

本発明に係る液滴吐出ヘッドにおいては、吐出口列は各吐出口に連通する液体供給路が臨む共通液室の片側又は両側に設けられていることが好ましい。さらに、吐出口から液滴を吐出させるエネルギーを発生する手段が発熱抵抗体であることが好ましい。

本発明に係る液体カートリッジは、本発明に係る液滴吐出ヘッドと液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクを一体化したものである。

本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液滴吐出ヘッド、又は液体カートリッジを備えたものである。

本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、体積の異なる複数種の吐出口を交互又は循環順序で並べた吐出口列を有するので、高階調かつ高画質の画像を高速記録することが可能となる。

本発明に係る液体カートリッジによれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えているので、高階調かつ高画質の画像を高速記録することが可能となるヘッド一体型の液体カートリッジが得られる。

本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る液滴吐出ヘッド又は本発明に係る液体カートリッジを備えているので、高階調かつ高画質の画像を高速記録することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
先ず、本発明に係る液滴吐出ヘッドの第１実施形態について図１ないし４を参照して説明する。なお、図１は本発明に係る液滴吐出ヘッドの斜視説明図、図２は同ヘッドの要部平面説明図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面説明図、図４は同ヘッドの吐出口の配置を説明する説明図である。

この液滴吐出ヘッドは、アクチュエータ基板１、液体供給路を構成する流路基板２及びノズル板３を順次接合して、図示しないインクタンクより液体（記録液）が供給される共通液室４、共通液室４の両側に配置した複数の液体供給路５、６を形成している。

アクチュエータ基板１上には、液体供給路５に対応して発熱抵抗体（エネルギー発生素子：ヒーター）７を、液体供給路６に対応して発熱抵抗体（エネルギー発生素子：ヒーター）８をそれぞれ設けている。流路基板２には共通液室４の両側で液体供給路５、６を形成するための溝部を形成している。ノズル板３には、液体供給路5又は６に対応して複数の第一吐出口１１又は第二吐出口１２を形成している。

ノズル板３に形成した複数の第一吐出口１１及び第二吐出口１２との間で、第一吐出口１１は相対的に体積の小さい液滴（小滴）を吐出させるための開口面積の小さい吐出口であり、第二吐出口１２は相対的に体積の大きい液滴（大滴）を吐出させるための開口面積の大きい吐出口である。そして、このノズル板３では、図４にも示すように、第一吐出口１１と第二吐出口１２を交互に、キャリッジの主走査方向（ヘッド走査方向）と直交する方向の仮想線Ｌ１に沿って並べた第一吐出口列１３と、同じく、第一吐出口１１と第二吐出口１２を交互に仮想線Ｌ１と平行な仮想線Ｌ２に沿って並べた第二吐出口列１４とを設けている。

つまり、このヘッドのノズル板３では、キャリッジの主走査方向と交差する方向に配置する１つの吐出口列１３又は１４において、ｎ番目のチャンネルが第一吐出口１１であるとき、ｎ−１番目のチャンネル及びｎ＋１番目のチャンネルがそれぞれ第二吐出口１２であり、また、ｎ番目のチャンネルが第二吐出口１２であるとき、ｎ−１番目のチャンネル及びｎ＋１番目のチャンネルがそれぞれ第一吐出口１１である、ように第一、第二吐出口１１、１２を交互に形成している。

また、一方の第一吐出口列１３と他方の第二吐出口列１４とは、キャリッジの主走査方向に沿う仮想線Ｌ０上に異なる開口面積の第一、第二吐出口１１、１２が位置するように、つまり、第一吐出口列１３の第一吐出口１１の中心を通る主走査方向に沿う仮想線Ｌ０上には第二吐出口列１４の第二吐出口１２が、第一吐出口列１３の第二吐出口１２の中心を通る仮想線Ｌ０上には第二吐出口列１４の第一吐出口１１が位置するように配置している。なお、ここでは、第一吐出口１１と第二吐出口１２との間隔（ノズルピッチ、ドットピッチ）Ｄｐは、１２００dpi相当としている。

さらに、第一吐出口１１に対応する発熱抵抗体７と第二吐出口８に対応する発熱抵抗体１２は、それぞれ第一、第二吐出口１１、１２の開口面積の大きさに応じた面積を有する形状に形成し、発熱抵抗体７の面積は相対的に小さく、発熱抵抗体８の面積は相対的に大きく形成している。

これらの発熱抵抗体７、８及び発熱抵抗７、８に電圧を印加するための給電路を構成する電極等は、半導体プロセスによって形成することができ、例えば、Ｓｉ、ガラス、セラミックス等で形成された基板上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、例えば、Ｔｉ、Ｃｒ等の中間層を介して、電気良導体である金属である、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等からなる配線部を形成し、その上に絶縁層を形成する。この場合、発熱抵抗体７、８及び電極上には必要に応じてインクなどの記録液からの電食、酸化を防ぐための耐熱性、撥水性に優れた保護膜等を形成することが好ましい。

このように構成したので、図示しないインクタンクから供給されたインクは、各チャンネル共通の液室４に一時的に保持され、さらに毛細管現象により各液体供給路５、６に流入して、第一、第二吐出口１１、１２にてメニスカスを形成する。これにより、液体供給路５、６はインクで満たされた状態に保たれる。

この状態で、発熱抵抗体７、８に選択的に駆動パルスを印加してそれを発熱させ、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第一、第二吐出口１１、１２から選択的に液滴が吐出される。

このとき、第一吐出口１１と第二吐出口１２を交互に形成した吐出口列１３、１４を有しているので、図５に示すように、第二吐出口１２から吐出した大滴で形成するドットＤ２の間を第一吐出口１１から吐出した小滴で形成するドットＤ１で埋めることができ、スジやムラの発生を防止できて画像品質を向上することができる。また、異なる体積の液滴を吐出することが可能であるので、高階調画像を記録することができる。さらに、画像におけるスジやムラの発生を防止するためのヘッドを２度スキャンする必要もなくなって高速化を図れる。

なお、図５は解像度を１２００dpiとし、第一吐出口１１は直径１０μｍ、第二吐出口１２は直径２５μｍに形成して、第一吐出口１１からは一度の発泡により２ｐｌのインク滴が、第二吐出口１２からは一度の発泡により８ｐｌのインク滴が吐出される例で示している。以下の例も同様である。

このように、体積の異なる液滴を吐出するための複数種の吐出口を交互で並べた吐出口列を有することによって、スジやムラを低減した高品質の高階調画像を高速で記録することができる。

なお、上記実施形態では、共通液室の両側に吐出口列を備える方法を述べたが、共通液室の片側のみに吐出口列を備えても、上記作用効果を得ることができる。また、第一、第二吐出口の平面形状を真円としているが、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。

ここで、従来例と同様に共通液室の両側に２つの吐出口列を設け、一方の列は小滴用の第一吐出口の列、他方の列は大滴用の第二吐出口の列としつつ、上記第１実施形態と同様にスジやムラの発生を低減するヘッドの一例について図６ないし図７を参照して説明する。なお、各部の符号は上記第１実施形態のものを用い、また、ノズル板は透過状態で示す。
このヘッドでは、第一吐出口列１３は第一吐出口１１だけで構成し、第二吐出口列１４は第二吐出口１２だけで構成しているが、第一吐出口列１３の第一吐出口１１と第二吐出口列１４の第二吐出口１２とは仮想線Ｌ０では重ならない位置関係、すなわち、吐出口の並び方向にずらして配置している。

このように構成しても、図８に示すように第一吐出口１１から小滴を吐出してドットＤ１を、第二吐出口１２から大滴を吐出してドットＤ２を形成する場合、各々のドット同士の繋ぎ部が一致しないでの、スジの発生を防止できるとともに、異なる大きさのドットを形成できることで高階調記録もできる。

しかしながら、このヘッドでは、第一吐出口１１と第二吐出口１２のチャンネル間隔（ドットピッチ）は等しくなっているので、解像度を上げるに従って小滴用の吐出口の開口面積と大滴用の吐出口の開口面積との差が小さくなり、更になる高階調かつ高解像度記録は困難である。

そこで、更に、一方の列は小滴用の第一吐出口の列、他方の列は大滴用の第二吐出口の列としつつ、上記第１実施形態と同様にスジやムラの発生を低減するヘッドの他の例について図９ないし図１１を参照して説明する。なお、ここでも、各部の符号は上記第１実施形態のものを用いる。
このヘッドでは、第一吐出口１１だけで構成する第一吐出口列１３と第二吐出口１２だけで構成する第二吐出口列１４とではチャンネル間隔（ノズルピッチ）を異ならせて、第二吐出口列１４のノズルピッチを相対的に大きく（広く）している。

このようにすれば、小滴用の吐出口の開口面積と大滴用の吐出口の開口面積との差を大きくすることができるが、他方で、大滴用の吐出口のノズルピッチが大きくなることからドットピッチも雑になり、解像度が低下するか、高速化を図る上で不利である。

これらの対比例に対して、上記第１実施形態のヘッドによれば、小滴用の吐出口の開口面積と大滴用の吐出口の開口面積との差を大きくしつつ、解像度を低下させることなく、スジやムラの発生を低減することができ、高階調かつ高画質記録を高速で行うことができる。

次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドの第２実施形態について図１２ないし図１５を参照して説明する。なお、図１２は同ヘッドの斜視説明図、図１３は同ヘッドのノズル板を透過状態で示す要部平面説明図、図１４は図１３のＥ−Ｅ線に沿う断面説明図、図１５は図１３のＦ−Ｆ線に沿う断面説明図である。

このヘッドにおいては、共通液室４の片側に、被記録媒体の送り方向に沿って吐出口列１６を形成している。この吐出口列１６は、複数の第一吐出口１１の列１６Ａと複数の第二吐出口１２の列１６Ｂとを被記録媒体の送り方向と直交する方向（主走査方向）で所定の間隔ｋだけずらして、第一吐出口１１の列１６Ａを共通液室側にして、第一吐出口１１と第二吐出口１２とが交互になるように配置している。

つまり、第一吐出口１１の列１６Ａは仮想線Ｌ２１上に、第二吐出口１２の列１６Ｂは仮想線Ｌ２２上に配置し、チャンネルで見たとき、ｎ番目のチャンネルが第一吐出口１１であるとき、ｎ−１番目のチャンネル及びｎ＋１番目のチャンネルがそれぞれ第二吐出口１２であり、また、ｎ番目のチャンネルが第二吐出口１２であるとき、ｎ−１番目のチャンネル及びｎ＋１番目のチャンネルがそれぞれ第一吐出口１１である全体として１つの吐出口列１６を設けている。

このような構成にすることにより、上記第１実施形態と比較して、吐出口の配列密度(ノズルピッチＤｐ）を高密度にすることが可能となり、より高解像度の記録が可能となる。また、第一吐出口１１と第二吐出口１２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。

この第２実施形態の液滴吐出ヘッドを用いた高階調記録のドットパターンの例について図１６を参照して説明する。
ここでも、上述したと同様に、第一吐出口１１から吐出された液滴によって小ドットＤ１が形成され、第二吐出口１２から吐出された液滴によって大ドットＤ２が形成される。

そこで、このヘッドを用いて一回の主走査をし、第一吐出口１１及び第二吐出口１２から液滴を吐出したときには図１６（ａ）に示すように大ドットＤ２の間が小ドットＤ１で埋められたパターンが得られ、この場合、スキマやムラは生じない。また、このヘッドを用いて一回の主走査をし、第二吐出口１２から大滴のみを吐出させたときには図１６（ｂ）に示すように大ドットＤ２だけのパターンが得られる。さらに、このヘッドを用いて一回の主走査をし、第一吐出口１１から小滴のみを吐出させたときには図１６（ｃ）に示すように小ドットＤ１だけのパターンが得られる。さらに、大滴と小滴の組み合わせによりヘッドの一度の走査で高階調記録が可能になる。

この図１６（ａ）で得られるドットパターンは、前述した図８の対比例で得られるドットパターンと同じであるが、上記第２実施形態の構成は共通液室の片側に吐出口列を配置だけでも得られる点で対比例とは異なっており、低コスト化を図れる。

また、開口面積の異なる第一吐出口１１と第二吐出口１２を交互に配置することにより、画像を形成する際に大ドット同士のつなぎ目と小ドット同士のつな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。これにより、上述したように、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。

さらに、第一吐出口１１同士の中心を結ぶ仮想線Ｌ１と第二吐出口１２同士の中心を結ぶ仮想線Ｌ２とは重なっていない、つまりずれている構成となっているため、吐出口密度を低下させることなく小滴体積と大滴体積との間の滴体積差を大きくすることができ、より高階調記録が可能となる。

次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドの第３実施形態について図１７ないし図２０を参照して説明する。なお、図１７は同吐出ヘッドの斜視説明図、図１８は同ヘッドのノズル板を透過状態で示す要部平面説明図、図１９は図１８のＧ−Ｇ線に沿う断面説明図、図２０は図１８のＨ−Ｈ線に沿う断面説明図である。

このヘッドは上記第２実施形態のヘッドにおける吐出口列１６を共通液室４の両側に配置したものである。つまり、共通液室４の両側に、被記録媒体の送り方向に沿って第一吐出口列１５、第２吐出口列１６を形成している。第一吐出口列１５は、複数の第一吐出口１１の列１５Ａと複数の第二吐出口１２の列１５Ｂとを被記録媒体の送り方向と直交する方向（主走査方向）で所定の間隔ｋだけずらして、第一吐出口１１の列１５Ａを共通液室側にして、第一吐出口１１と第二吐出口１２とが交互になるように配置している。

同様に、吐出口列１６は、複数の第一吐出口１１の列１６Ａと複数の第二吐出口１２の列１６Ｂとを被記録媒体の送り方向と直交する方向（主走査方向）で所定の間隔ｋだけずらして、第一吐出口１１の列１６Ａを共通液室側にして、第一吐出口１１と第二吐出口１２とが交互になるように配置している。

つまり、第一吐出口列１５の第一吐出口１１の列１５Ａは仮想線Ｌ１１上に、第二吐出口１２の列１５Ｂは仮想線Ｌ１２上に配置し、チャンネルで見たとき、ｎ番目のチャンネルが第一吐出口１１であるとき、ｎ−１番目のチャンネル及びｎ＋１番目のチャンネルがそれぞれ第二吐出口１２であり、また、ｎ番目のチャンネルが第二吐出口１２であるとき、ｎ−１番目のチャンネル及びｎ＋１番目のチャンネルがそれぞれ第一吐出口１１である全体として１つの吐出口列１５を設けている。

同様に、第二吐出口列１６の第一吐出口１１の列１６Ａは仮想線Ｌ２１上に、第二吐出口１２の列１６Ｂは仮想線Ｌ２２上に配置し、チャンネルで見たとき、ｎ番目のチャンネルが第一吐出口１１であるとき、ｎ−１番目のチャンネル及びｎ＋１番目のチャンネルがそれぞれ第二吐出口１２であり、また、ｎ番目のチャンネルが第二吐出口１２であるとき、ｎ−１番目のチャンネル及びｎ＋１番目のチャンネルがそれぞれ第一吐出口１１である全体として１つの吐出口列１６を設けている。

さらに、第一吐出口列１５の吐出口に対応する第二吐出口列１６に吐出口は異なる吐出口となる配置をしている。つまり、第一吐出口列１５の第一吐出口１１と第二吐出口列１６の第二吐出口１２とは同じ仮想線Ｌ０上に位置し、第一吐出口列１５の第二吐出口１２と第二吐出口列１６の第一吐出口１１とは同じ仮想線Ｌ０上に位置する配置としている（この点は、前記第１実施形態と同様である。）。

このように構成したので、前記第２実施形態と同様に、前述した図１６（ａ）〜（ｃ）のドットパターンで記録することができる。これに加えて、共通液室の両側に第一、第二吐出口列１５、１６を有し、主走査方向に沿う方向で、同じ仮想線Ｌ０上に一方の吐出口列１５の第一吐出口１１と他方の吐出口列１６の第二吐出口１２が位置する（隣り合うチャンネルは逆になる）構成とすることにより、図２１（ａ）及び（ｂ）に示すようなドットパターンの階調記録も一度のヘッド主走査で行なうことができる。

この図２１（ａ）に示すドットパターンは、ヘッドを一度主走査したときに第一、第二吐出口列１５、１６の各第二吐出口１２より大滴だけを吐出した場合のパターンであり、図２１（ｂ）は第一、第二吐出口列１５、１６の各第一吐出口１１より小滴だけを吐出した場合のパターンである。

したがって、第２実施形態よりも多い階調パターンが得られて、より高階調記録を行うことができる。

次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドの第４実施形態について図２２ないし図２５を参照して説明する。なお、図２２は同吐出ヘッドの斜視説明図、図２３は同ヘッドのノズル板を透過状態で示す要部平面説明図、図２４は図２３のＩ−Ｉ線に沿う断面説明図、図２５は図２３のＪ−Ｊ線に沿う断面説明図である。

この実施形態は上記第３実施形態のヘッドと同様の構成をライン型ヘッドに適用したものであり、共通液室４の両側に、被記録媒体の送り方向と交差する方向に第一吐出口列３５、第二吐出口列３６を形成している。第一吐出口列３５は、複数の第一吐出口１１の列３５Ａと複数の第二吐出口１２の列３５Ｂとを被記録媒体の送り方向で所定の間隔ｋだけずらして、第一吐出口１１の列３５Ａを共通液室側にして、第一吐出口１１と第二吐出口１２とが交互になるように配置している。

同様に、第二吐出口列３６は、複数の第一吐出口１１の列３６Ａと複数の第二吐出口１２の列３６Ｂとを被記録媒体の送り方向と直交する方向で所定の間隔ｋだけずらして、第一吐出口１１の列３６Ａを共通液室側にして、第一吐出口１１と第二吐出口１２とが交互になるように配置している。

つまり、第一吐出口列３５の第一吐出口１１の列３５Ａは被記録媒体の送り方向と交差する方向に沿う仮想線Ｌ１１１上に、第二吐出口１２の列３５Ｂは仮想線Ｌ１１１と平行な仮想線Ｌ１１２上に配置し、チャンネルで見たとき、ｎ番目のチャンネルが第一吐出口１１であるとき、ｎ−１番目のチャンネル及びｎ＋１番目のチャンネルがそれぞれ第二吐出口１２であり、また、ｎ番目のチャンネルが第二吐出口１２であるとき、ｎ−１番目のチャンネル及びｎ＋１番目のチャンネルがそれぞれ第一吐出口１１である全体として１つの吐出口列３５を設けている。

同様に、第二吐出口列３６の第一吐出口１１の列３６Ａは被記録媒体の送り方向と交差する方向に沿う仮想線Ｌ２１１上に、第二吐出口１２の列３６Ｂは仮想線Ｌ２１１と平行な仮想線Ｌ２１２上に配置し、チャンネルで見たとき、ｎ番目のチャンネルが第一吐出口１１であるとき、ｎ−１番目のチャンネル及びｎ＋１番目のチャンネルがそれぞれ第二吐出口１２であり、また、ｎ番目のチャンネルが第二吐出口１２であるとき、ｎ−１番目のチャンネル及びｎ＋１番目のチャンネルがそれぞれ第一吐出口１１である全体として１つの吐出口列３６を設けている。

さらに、第一吐出口列１５の吐出口に対応する第二吐出口列１６に吐出口は異なる吐出口となる配置をしている。つまり、第一吐出口列３５の第一吐出口１１と第二吐出口列３６の第二吐出口１２とは同じ被記録媒体の送り方向に沿う仮想線Ｌ１００上に位置し、第一吐出口列３５の第二吐出口１２と第二吐出口列３６の第一吐出口１１とは同じ仮想線Ｌ１００上に位置する配置としている（この点は、前記第１、第３実施形態と同様である。）。

この第４実施形態の液滴吐出ヘッドを用いた高階調記録のドットパターンの例について図２６を参照して説明する。
ここでも、上述したと同様に、第一吐出口１１から吐出された液滴によって小ドットＤ１が形成され、第二吐出口１２から吐出された液滴によって大ドットＤ２が形成される。

そこで、このヘッドを用いて第一吐出口１１及び第二吐出口１２から液滴を吐出したときには図２６（ａ）に示すように大ドットＤ２の間が小ドットＤ１で埋められたパターンが得られ、この場合、スキマやムラは生じない。また、このヘッドを用いて第二吐出口１２から大滴のみを吐出させたときには図２６（ｂ）に示すように大ドットＤ２だけのパターンが得られる。さらに、このヘッドを用いて第一吐出口１１から小滴のみを吐出させたときには図２６（ｃ）に示すように小ドットＤ１だけのパターンが得られる。さらに、大滴と小滴の組み合わせにより他のパターンでの記録も可能である。

そして、開口面積の異なる第一吐出口１１と第二吐出口１２を交互に配置することにより、画像を形成する際に大ドット同士のつなぎ目と小ドット同士のつなぎ目が重ならないような印字が可能となる。これにより、上述したように、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。

さらに、第一吐出口１１同士の中心を結ぶ仮想線Ｌ１１１と第二吐出口１２同士の中心を結ぶ仮想線Ｌ１１２とは重なっていない、つまりずれている構成となっているため、吐出口密度を低下させることなく小滴体積と大滴体積との間の滴体積差を大きくすることができ、より高階調記録が可能となる。

これに加えて、共通液室の両側に第一、第二吐出口列３５、３６を有し、被記録媒体の送り方向に沿う方向で、同じ仮想線Ｌ１００上に一方の吐出口列３５の第一吐出口１１と他方の吐出口列３６の第二吐出口１２が位置する（隣り合うチャンネルは逆になる）構成とすることにより、図２７（ａ）及び（ｂ）に示すようなドットパターンの階調記録も一度のヘッド主走査で行なうことができる。

この図２７（ａ）に示すドットパターンは、第一、第二吐出口列３５、３６の各第二吐出口１２より大滴だけを吐出した場合のパターンであり、図２７（ｂ）は第一、第二吐出口列３５、３６の各第一吐出口１１より小滴だけを吐出した場合のパターンである。

したがって、より多くの階調パターンを記録できて高階調記録を行うことができる。

次に、本発明に係る液体カートリッジについて図２８を参照して説明する。この液体カートリッジは、吐出口列８０を有する上記各実施形態のいずれかの液滴吐出ヘッド８１と、この液滴吐出ヘッドヘッド８１に対してインクを供給するインクタンク８２とを一体化したものである。

このように本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えることによって高画質の高階調記録を高速で行うことができるヘッド一体型液体カートリッジを得ることができる。

次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドを搭載した画像形成装置としてのインクジェット記録装置の一例について図２９及び図３０を参照して説明する。なお、図２９は同記録装置の斜視説明図、図３０は同記録装置の機構部の側面説明図である。

このインクジェット記録装置は、記録装置本体１１１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した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、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１１２等を収納し、装置本体１１１の下方部には前方側から多数枚の用紙１１３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）１１４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙１１３を手差しで給紙するための手差しトレイ１１５を開倒することができ、給紙カセット１１４或いは手差しトレイ１１５から給送される用紙１１３を取り込み、印字機構部１１２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１１６に排紙する。

印字機構部１１２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１２１と従ガイドロッド１２２とでキャリッジ１２３を主走査方向（図１２で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１２３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液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドからなるヘッド１２４を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、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１２３にはヘッド１２４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１２５を交換可能に装着している。なお、本発明に係るインクカートリッジを搭載する構成とすることもできる。

インクカートリッジ１２５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ヘッド１２４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１２３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１２１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１２２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１２３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１２７で回転駆動される駆動プーリ１２８と従動プーリ１２９との間にタイミングベルト１３０を張装し、このタイミングベルト１３０をキャリッジ１２３に固定しており、主走査モータ１２７の正逆回転によりキャリッジ１２３が往復駆動される。

一方、給紙カセット１１４にセットした用紙１１３をヘッド１２４の下方側に搬送するために、給紙カセット１１４から用紙１１３を分離給装する給紙ローラ１３１及びフリクションパッド１３２と、用紙１１３を案内するガイド部材１３３と、給紙された用紙１１３を反転させて搬送する搬送ローラ１３４と、この搬送ローラ１３４の周面に押し付けられる搬送コロ１３５及び搬送ローラ１３４からの用紙１１３の送り出し角度を規定する先端コロ１３６とを設けている。搬送ローラ１３４は副走査モータ１３７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１２３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１３４から送り出された用紙１１３を記録ヘッド１２４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１３９を設けている。この印写受け部材１３９の用紙搬送方向下流側には、用紙１１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１４１、拍車１４２を設け、さらに用紙１１３を排紙トレイ１１６に送り出す排紙ローラ１４３及び拍車１４４と、排紙経路を形成するガイド部材１４５，１４６とを配設している。

記録時には、キャリッジ１２３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１２４を駆動することにより、停止している用紙１１３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙１１３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１１３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１１３を排紙する。

また、キャリッジ１２３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド１２４の吐出不良を回復するための回復装置１４７を配置している。回復装置１４７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１２３は印字待機中にはこの回復装置１４７側に移動されてキャッピング手段でヘッド１２４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、記録途中など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ヘッド１２４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（不図示）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に係る液滴吐出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。なお、本発明に係る液滴吐出ヘッドに代えて本発明に係る液滴吐出ヘッドを含む液体カートリッジとすることもできる。

次に、本発明に係る画像形成装置の他の例としてのライン型インクジェット記録装置について図３１及び図３２を参照して説明する。なお、図３１は同記録装置の機構部の正面説明図、図３１は同機構部の平面説明図である。
このインクジェット記録装置は、装置本体の内部に、画像形成ユニット２０１、搬送ユニット２０２等を有し、装置本体の一方側から給紙される被記録媒体２０３を搬送ユニット２０２によって搬送しながら画像形成ユニット２０１によって所要の画像を記録した後、他方側に排紙する。

画像形成ユニット２０１は、被記録媒体２０３の搬送方向に沿って並べて配置された本発明に係る複数のライン型液滴吐出ヘッドからなる４個の記録ヘッド２１１ｋ、２１１ｃ、２１１ｍ、２１１ｙ（区別しないときは「ヘッド２１１」という。）を有している。これらのヘッド２１１ｋ、２１１ｃ、２１１ｍ、２１１ｙには、それぞれライン方向（被記録媒体搬送方向と直交する方向）に複数のノズルからなる複数のノズル列を有している。なお、ここでは複数の記録ヘッドを設けているが異なる色のインク滴を吐出する複数のノズル列を有する１又は複数の記録ヘッドを設ける構成とすることもできる。

ここで、ヘッド２１１ｋ、２１１ｃ、２１１ｍ、２１１ｙは、それぞれブラック（Ｂｋ）インク、シアン（Ｃ）インク、マゼンタ（Ｍ）インク、イエロー（Ｙ）インクを吐出するヘッドであり、図示しないインクカートリッジからそれぞれ各色のインクが供給される。また、これらのヘッド１１以外に、定着用処理液（定着用インク）を吐出するヘッドを備えることもできる。

搬送ユニット２０２は、被記録媒体２０３を搬送するための無端状の複数本のベルト２１２から構成した搬送ベルト２１３を駆動ローラ２１４及び従動ローラ２１５間に掛け渡し、搬送方向（矢印方向）に周回する構成としている。そして、この搬送ベルト２１３の入口側には、給紙側プラテン（ガイド板）２２１ａ、２１ｂ及び図示しないモータによって回転駆動される一対の給紙ローラ２２２と、駆動ローラ２１４に対向する給紙側搬送ローラ２２３とを備えている。

また、搬送ベルト２１３の出口側には、排紙側プラテン（ガイド板）２２４ａ、２２４ｂ及び図示しないモータによって回転駆動される一対の排紙ローラ２２５と、従動ローラ２１５に対向する排紙側搬送ローラ２２６とを備えている。

このように、このインクジェット記録装置においては、本発明に係るライン型液滴吐出ヘッドを記録ヘッドに備えているので、高階調、高解像度の画像を高速で記録することができる。

なお、上記実施形態においては、インクジェットプリンタを例としたが、本発明に係る画像形成装置は、ファクシミリ装置、複写装置、プリンタ／ファックス／コピア複合機などにも適用可能である。また、インク以外の記録液、例えばレジスト、医療分野におけるＤＮＡ試料を吐出して画像を記録する装置にも応用可能である。

本発明に係る液滴吐出ヘッドの第1実施形態を示す斜視説明図である。 同じく要部平面説明図である。 同じく図２のＡ−Ａ線に沿う断面説明図である。 同じく吐出口の配置説明に供する平面説明図である。 同ヘッドで記録できる階調ドットパターンの一例の説明に供する説明図である。 第１実施形態のヘッドと対比するヘッドの一例を示す要部平面説明図である。 図６のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図である。 同ヘッドで記録したドットパターンの一例を示す説明図である。 第１実施形態のヘッドと対比するヘッドの他の例を示す要部平面説明図である。 図９のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図である。 図９のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図である。 本発明に係る液滴吐出ヘッドの第２実施形態を示す斜視説明図である。 同じく要部平面説明図である。 同じく図１３のＥ−Ｅ線に沿う断面説明図である。 同じく図１３のＦ−Ｆ線に沿う断面説明図である。 同ヘッドで記録できる階調ドットパターンの一例の説明に供する説明図である。 本発明に係る液滴吐出ヘッドの第３実施形態を示す斜視説明図である。 同じく要部平面説明図である。 同じく図１８のＧ−Ｇ線に沿う断面説明図である。 同じく図１８のＨ−Ｈ線に沿う断面説明図である。 同ヘッドで記録できる階調ドットパターンの一例の説明に供する説明図である。 本発明に係る液滴吐出ヘッドの第４実施形態を示す斜視説明図である。 同じく要部平面説明図である。 同じく図２３のＩ−Ｉ線に沿う断面説明図である。 同じく図２３のＪ−Ｊ線に沿う断面説明図である。 同ヘッドで記録できる階調ドットパターンの一例の説明に供する説明図である。 同ヘッドで記録できる階調ドットパターンの他の例の説明に供する説明図である。 本発明に係る液体カートリッジの説明に供する斜視説明図である。 本発明に係る画像形成装置の一例を説明する斜視説明図である。 同画像形成装置の機構部の説明図である。 本発明に係る画像形成装置の他の例を示す機構部の側面説明図である。 同画像形成装置の要部平面説明図である。 従来の液滴吐出ヘッドの要部平面説明図である。 図３３のＫ−Ｋ線に沿う断面説明図である。 同ヘッドで記録した階調パターンの一例を示す説明図である。

符号の説明

１…アクチュエータ基板
２…流路基板
３…ノズル板
４…共通液室
５、６…液体供給路
７、８…発熱抵抗体
１１…第一吐出口
１２…第二吐出口
１３…第一吐出口列
１４…第二吐出口列
１５…第一吐出口列
１５Ａ…第一吐出口の列
１５Ｂ…第二吐出口の列
１６…第二吐出口列
１６Ａ…第一吐出口の列
１６Ｂ…第二吐出口の列
３５…第一吐出口列
３５Ａ…第一吐出口の列
３５Ｂ…第二吐出口の列
３６…第二吐出口列
３６Ａ…第一吐出口の列
３６Ｂ…第二吐出口の列

Claims (13)

1. 体積の異なる液滴を吐出するための複数種の吐出口を備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記複数種の吐出口を交互に並べた吐出口列を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記吐出口列を複数列有し、隣り合う２つの吐出口列のうちの対応する一方の吐出口列の吐出口と他方の吐出口列の吐出口が異なる種類の吐出口であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
3. 請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記吐出口列を構成する異なる種類の吐出口の列がずれていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
4. 所定の体積の液滴を吐出するための複数の第一吐出口と、この第一吐出口よりも大きな体積の液滴を吐出するための複数の第二吐出口とを備え、キャリッジに搭載される液滴吐出ヘッドにおいて、前記キャリッジの走査方向と交差する方向に前記第一吐出口と前記第二吐出口を交互に並べた吐出口列を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
5. 請求項４に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記吐出口列を複数列有し、隣り合う２つの吐出口列のうちの一方の吐出口列の第一吐出口と他方の吐出口列の第二吐出口が対応することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
6. 請求項４又は５に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記吐出口列を構成する第一吐出口の列と第二吐出口の列がずれていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
7. 所定の体積の液滴を吐出するための複数の第一吐出口と、この第一吐出口よりも大きな体積の液滴を吐出するための複数の第二吐出口とを備えるライン型の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第一吐出口と前記第二吐出口を交互に並べた吐出口列を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
8. 請求項７に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記吐出口列を複数列有し、隣り合う２つの吐出口列のうちの一方の吐出口列の第一吐出口と他方の吐出口列の第二吐出口が対応することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
9. 請求項７又は８に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記吐出口列を構成する第一吐出口の列と第二吐出口の列がずれていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記吐出口列は各吐出口に連通する液体供給路が臨む共通液室の片側又は両側に設けられていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
11. 請求項１ないし１０のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記吐出口から液滴を吐出させるエネルギーを発生する手段が発熱抵抗体であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
12. 液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体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６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。
13. 液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを備えて被記録媒体に画像を形成する画像形成装置において、請求項１ないし１１のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド又は請求項１２に記載の液体カートリッジを備えていることを特徴とする画像形成装置。

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