(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出する吐出口と該吐出口に連通する流路とを含むノズルと、前記流路の複数と連通する供給口と、を備えるインクジェットヘッドであって、
マゼンタインクを吐出する複数の前記ノズルを有する第１ノズル列と、イエローインクを吐出する複数の前記ノズルを有する第２ノズル列と、シアンインクを吐出する複数の前記ノズルを有する第３ノズル列と、が各々の前記ノズル列と交差する方向に前記第２ノズル列を間に挟むように隣接して配設され、
前記第１ノズル列及び第３ノズル列の夫々は、相対的に大きな量のインクを吐出する複数の前記ノズルを有する大ノズル列と、相対的に小さな量のインクを吐出する複数の前記ノズルを有する小ノズル列と、を含み、
前記第２ノズル列は複数の前記大ノズル列からなり、
前記第１ノズルの前記大ノズル列と前記第２ノズルの前記大ノズルとが並列して配されると共に、前記第３ノズルの前記大ノズル列と前記第２ノズルの前記大ノズルとが並列して配され、
前記供給口から前記吐出口までの液路に関して、インクの供給方向と直交する平均断面積をＡ、インクの供給方向の長さをＬとした場合、前記第１ノズル列及び第３ノズル列のうちＡ／Ｌの値が最も小さいノズル列は、前記ノズル列と交差する方向に関して前記複数のノズル列の端部に配されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記第１ノズル列と前記第３ノズル列は、前記大ノズル列から吐出されるインク量よりも少なく、前記小ノズル列から吐出されるインク量よりも多い量のインクを吐出する前記複数のノズルを有する中ノズル列をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記第１ノズル列と前記第３ノズル列は、前記供給口の一方の側に大ノズル列、他方の側に中ノズル列および小ノズル列が配されていることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
ブラックインクを吐出するノズル列およびグレーインクを吐出するノズル列の少なくとも１つをさらに有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記ブラックインクを吐出するノズル列およびグレーインクを吐出するノズル列の少なくとも１つは、前記ノズル列と交差する方向に関して前記複数のノズル列の端部に配されていることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクを紙等の記録媒体に向かって吐出口から吐出させて記録を行うインクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
吐出口からインクを吐出して記録を行うインクジェットヘッドにおいて、より低コストでより高速印字を達成することが求められ続けている。インクジェットヘッドにおけるコストダウンの手段の一つとしては、ヘッド小型化、特に記録素子基板サイズの小型化が有効であり、また、高速印字のためには、一つの記録素子基板内に多くのノズルを高密度に配置することが有効である。【０００３】
また、吐出口および流路を形成する部材の材料に感光性樹脂を用い、フォトマスクで部材表面を選択的に露光し、現像するフォトリソグラフィ技術が開発され、それを進化させることによって、より高精度・高解像度なノズルを形成することが可能となってきた。このようなフォトリソグラフィ技術を用いたノズル製法によって、特許文献１に挙げるようなノズル構成が可能となった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−４９５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ノズルの配列密度を高めたヘッドを用いてより高速で印字しようとすると、以下のような課題が発生することが分かった。【０００６】
図７は高密度にノズル配置したインクジェットヘッドのノズル構成例の一部を示す図である。ノズル列Ｃ１、Ｍ１、Ｙ１、Ｙ２は吐出量が約５ｐｌで、ノズル列Ｃ２、Ｍ２は吐出量が約２ｐｌで、ノズル列Ｃ３、Ｍ３は吐出量が約１ｐｌである。ここでＣはシアンインク、Ｍはマゼンタインク、Ｙはイエローインクを吐出するノズルを示す。５ｐｌを吐出するノズル列はその配列方向において６００ｄｐｉ、２ｐｌ、１ｐｌを吐出するノズルは夫々６００ｄｐｉの密度で配置されている。つまり、２ｐｌと１ｐｌのノズルは１２００ｄｐｉの密度で配置されている。【０００７】
このインクジェットヘッドを用い、高い濃度の赤色の所謂ベタ画像を１パスで複数回繰り返し記録を行った。具体的には、５ｐｌのインクを吐出するノズル列Ｙ１、Ｙ２、Ｍ１の全ノズルを使用し、キャリッジ走査方向記録密度は６００ｄｐｉ／７５％ｄｕｔｙで記録した。このような記録を行った直後にインクジェットヘッドの全ノズルの印字チェックを行ったところ、ノズル列Ｍ３における複数のノズルに吐出不良が確認された。【０００８】
吐出不良が発生したノズル列Ｍ３の吐出口表面を観察したところ、図８のように、吐出口面に多量の微小インク滴、所謂インクミストが付着しているのが確認された。なお、画像密度を下げたベタ画像（例えば、キャリッジ走査方向画像密度が６００ｄｐｉ／２５％ｄｕｔｙ）を印字した場合には、吐出口面に付着したインクミストも軽微で吐出不良の発生もなかった。【０００９】
このように、ノズルを高密度に配列したノズル列をより狭い範囲に複数列配置したインクジェットヘッドを用いて、高濃度の２次色又は３次色の印字を行った。その結果、吐出口面に多量のインクミストが付着し、そのインクミストが原因となって吐出不良が発生することがわかった。【００１０】
上記課題は、例えば、１回のキャリッジ走査で記録する印字濃度を低くすれば避けられる。しかし、その結果、濃度の高い画像を印字する場合にはキャリッジ走査回数が増え、結果、印字時間が長くなってしまう。また、他の対策として、吐出口面に付着するインクミストが一定量に到達する前に吐出口表面を清掃することが挙げられる。しかし、この場合も清掃回数が増え、清掃に要する時間が増加するため、やはり印字時間が伸び、好ましくない。【００１１】
以上を鑑み、本発明の目的は、ノズルを高密度に配置し、２次色等の高濃度画像を少ないキャリッジ走査数で印字しても、吐出口近傍にインクミストが付着することによる吐出不良が発生しにくいインクジェットヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明のインクジェットヘッドは、インクを吐出する吐出口と該吐出口に連通する流路とを含むノズルと、前記流路の複数と連通する供給口と、を備えるインクジェットヘッドであって、マゼンタインクを吐出する複数の前記ノズルを有する第１ノズル列と、イエローインクを吐出する複数の前記ノズルを有する第２ノズル列と、シアンインクを吐出する複数の前記ノズルを有する第３ノズル列と、が各々の前記ノズル列と交差する方向に前記第２ノズル列を間に挟むように隣接して配設され、前記第１ノズル列及び第３ノズル列の夫々は、相対的に大きな量のインクを吐出する複数の前記ノズルを有する大ノズル列と、相対的に小さな量のインクを吐出する複数の前記ノズルを有する小ノズル列と、を含み、前記第２ノズル列は複数の前記大ノズル列からなり、前記第１ノズルの前記大ノズル列と前記第２ノズルの前記大ノズルとが並列して配されると共に、前記第３ノズルの前記大ノズル列と前記第２ノズルの前記大ノズルとが並列して配され、
前記供給口から前記吐出口までの液路に関して、インクの供給方向と直交する平均断面積をＡ、インクの供給方向の長さをＬとした場合、前記第１ノズル列及び第３ノズル列のうちＡ／Ｌの値が最も小さいノズル列は、前記ノズル列と交差する方向に関して前記複数のノズル列の端部に配されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ノズルを高密度に配置したインクジェットヘッドを用いて２次色あるいは３次色の高濃度画像を高速に印字を行っても、インクミストが付着する位置には流路拡散性の低いノズルが位置していない。そのため、吐出口近傍に付着したインクミストが仮にノズル内に侵入しても、吐出不良を引き起こす可能性が低く、正常印字をより長く継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第一の実施形態の記録素子基板を示す。
【図２】本発明が用いられたノズルの概略斜視図を示す。
【図３】本発明のインクジェットインクジェットヘッドを用いてベタ印字を行った時の吐出面の状態を示す。
【図４】本発明のノズルの内部構造と吐出面に付着したインクの挙動を示す。
【図５】本発明のインクジェットを搭載する記録装置の構造を示す。
【図６】本発明のインクジェットヘッドの外観構造を示す。
【図７】従来のインクジェットヘッドのノズル構成例を示す。
【図８】従来のインクジェットヘッドを用いてベタ印字を行った時の吐出面の状態を示す。
【図９】本発明が用いられた第二の実施形態の記録素子基板構成を示す。
【図１０】吐出面に付着するインクミストの流れを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第一の実施形態）
図５は本発明が用いられる記録装置の構造を説明する概略図である。プリンタ本体は、筐体１、一定方向に往復捜査するキャリッジ３、記録紙４を供給する給紙機構２、画像の記録を行った記録紙４を排出する排紙機構（図示せず）などを備える。
【００１６】
記録紙４は矢印Ａのキャリッジ走査方向（以下、記録走査方向と呼ぶ）と直交する矢印Ｂの方向に搬送される。
【００１７】
キャリッジ３にはインクジェットヘッド５が装着され、位置決め手段及び電気接点により所定の状態に固定支持される。
【００１８】
次に、インクジェットヘッド５の構成を図６に示す。インクジェットヘッド５は、カラーインク（シアン／マゼンタ／イエロー）を吐出する記録素子基板１００、ブラックインクを吐出する記録素子基板１００、タンクホルダ６を備える。また、インクジェットヘッド５はブラックインクのタンク７Ｋ、シアンインクのタンク７Ｃ、マゼンタインクのタンク７Ｍ、イエローインクのタンク７Ｙが搭載可能となっており、インクタンク内に格納されるインクを記録素子基板１００に送る流路から構成される。
【００１９】
記録素子基板１００には複数のノズルが設けられ、キャリッジ３とともに排紙方向と垂直な方向に走査しながら、記録紙４の上にインクを吐出する。ここでノズルとは吐出口１０１から供給口１０４までのインクが流れる部分、つまり吐出口、圧力室、流路からなる部分を示す。インクの吐出は、キャリッジ３の電気接点より受信する記録データに応じて各ノズルから所定のタイミングで行われ、所定の画像記録を行う。排紙機構は、給紙機構２より供給された記録紙４を、キャリッジ３の走査に同期して必要な量だけ送っていき、インクジェットヘッド５による画像形成を誘導し、最終的に記録を完了した印刷物を筐体外部へ排出する。
【００２０】
次にノズルの構成について説明する。図１は、記録素子基板１００に設置されるノズルの一部を示す図である。記録素子基板１００には、第１の色としてマゼンタインクを吐出する第１ノズル列Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３と、第２の色としてイエローインクを吐出する第２ノズル列Ｙ１、Ｙ２が配設される。さらに、第３の色としてシアンインクを吐出する第３ノズル列Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３とが隣接して配設される。マゼンタインクとシアンインクを吐出するノズル列においては、供給口１０４の一方の側には大滴を吐出するノズル列、他方の側には中、小滴を吐出するノズル列が形成されている。
【００２１】
各色のノズル列には、各色ごとに設けられる供給口１０４からインクの供給が行われ、個別に形成された流路１０３、発泡室１０２（図２参照）を介して連通する吐出口１０１からインクが吐出される。
【００２２】
ここで、各色のノズル列の設置間隔Ｐは、マゼンタ−イエロー間、シアン−イエロー間でほぼ等しく約１．４ｍｍである。また、Ｃ１、Ｍ１、Ｙ１、Ｙ２のノズル列から吐出される吐出量は約５ｐｌで、Ｃ２、Ｍ２のノズル列からは約２ｐｌ、Ｃ３、Ｍ３のノズル列からは約１ｐｌの量のインクを吐出する。濃度の高い所謂ベタ画像などの記録時には、吐出されるインク量が最も大きいＣ１、Ｍ１、Ｙ１、Ｙ２のノズル列が高密度かつ高周波数で吐出することで高速記録が可能となる。そのためＣ１、Ｍ１、Ｙ１、Ｙ２のノズルには高流量のインク供給が必要となるため、これらのノズル内の粘性抵抗が低くなるように、流路の形状・断面積・長さ、あるいは流路入口付近に設けられるフィルタ状構造物（不図示）の形状・サイズが調整されている。
【００２３】
図２は、１つのノズルの内部を拡大し、構造を斜視化した模式図である。図２に示すように、吐出口１０１と対向する位置にインクを吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子であるヒータ１０５が備えられ、ヒータ１０５を取り囲むように発泡室１０２が形成される。発泡室１０２は、流路１０３によって供給口１０４と流体的に接続される。この構造によって、供給口１０４から個々の吐出口１０１にインクを供給することができ、インクを充填した状態でヒータ１０５を駆動することで発泡室１０２の内部に気泡が発生しその圧力により吐出口１０１からインクを吐出することができる。
【００２４】
吐出口１０１から発泡室までの部分（吐出口部１０６）は略一定の断面積Ａ１、長さＬ１で形成され、発泡室１０２内は略一定の断面積Ａ２、長さＬ２で形成され、流路１０３は略一定の断面積Ａ３、長さＬ３で形成されている。
【００２５】
ここで図１において、Ｃ１、Ｍ１、Ｙ１、Ｙ２は基本的に同様のノズル構造を有し、Ａ１：約２１０μｍ２、Ｌ１：約１１μｍ、Ａ２：約３９０μｍ２、Ｌ２：約３１μｍ、Ａ３：約２７０μｍ２、Ｌ３：約１９μｍである。Ｃ２およびＭ２は同様のノズル構造を有し、Ａ１：約９９μｍ２、Ｌ１：約１１μｍ、Ａ２：約２４０μｍ２、Ｌ２：約４６μｍ、Ａ３：約１３２μｍ２、Ｌ３：約１６μｍである。Ｃ３およびＭ３は同様のノズル構造を有し、Ａ１：約６０μｍ２、Ｌ１：約１１μｍ、Ａ２：約３２０μｍ２、Ｌ２：約８８μｍ、Ａ３：約１４０μｍ２、Ｌ３：約６７μｍである。
【００２６】
図３に、本発明の記録素子基板１００を用いて、高濃度の赤色のベタ画像を１パスで印字（Ｙ１、Ｙ２、Ｍ１のノズル列の全ノズル、キャリッジ走査方向記録密度：６００ｄｐｉ／７５％ｄｕｔｙ）を繰り返した直後の吐出面の状態を示す。Ｍ１とＹ１の間に多量のインクミストの付着は見られるが、Ａ４サイズの紙に全面印字を行った直後でも、全てのノズルについて不吐がなく、正常に印字できることが確認できた。
【００２７】
インクミストが吐出面に付着するのは以下のような現象によるものと考えられる。このようなイエローとマゼンタによる２次色の高濃度印字を行う場合、所定距離に近接したノズル列の双方で高密度吐出がなされると、各ノズル列からの吐出によって引き起こされる鉛直下向き（記録紙方向）の気流が発生する。この各ノズル列からの吐出によって発生する気流同士が紙面付近で衝突し、鉛直上向きに向かう強い渦となる（図１０参照）。これにより、吐出口１０１から吐出されたインク滴のうち、粒径の小さいもの、もしくは速度の低いもの（インクミスト）がこの気流渦に乗って巻き上げられ吐出口面に付着する。このインクミストが付着する位置は、高密度吐出されるノズル列同士の間に集中する。
【００２８】
また、背景技術の中で述べた吐出面へのミストの付着によって吐出不良が発生するメカニズムについては、以下のように考えられる。まず、前述したように、高密度にノズルが配置されたヘッドを用いて２次色の高濃度印字を行うと、吐出口面へインクミストが付着する。そして、これは記録走査を続ける間、定常的に続き、それとともに吐出口面上ではインクミストが蓄積、互いに結合し、より大きなインク溜まりが作られる。このインク溜まりがさらに拡大し、吐出口の開口縁付近まで到達すると、吐出口面上のインクは吐出口からノズル内部に侵入する（以下、図４参照）。
【００２９】
この時、ノズル内に侵入するインクは、吐出されてからノズル内に侵入するまでの間水分が蒸発し続けている。そのため、ノズル内に保持されるインクと比較し、粘度が高い。この増粘したインクが吐出口内に入り込んだ状態でヒータ１０５の駆動を行った場合、ヒータ１０５の前方部分（吐出口方向）の抵抗が通常よりも高い。このため、インクを吐出できないか、あるいは吐出できたとしても、吐出方向がヨレたり、吐出速度が遅くなったりする影響がでる場合がある。
【００３０】
しかし、吐出口からノズル内に侵入した増粘インクには、時間の経過とともに、供給口１０４側から水分が供給（拡散）されるため、徐々に低粘度化される。すなわち、この水分の拡散が瞬時に行われる場合は、すぐに正常吐出が可能となるため、実際の印字にはほとんど悪影響を与えない。この水分の拡散に時間がかかる場合にはヒータ１０５の前方方向のインク粘度がしばらくの間高い状態が維持され、正常吐出できない状態が続く場合がある。
【００３１】
以上の想定されるメカニズムによると、吐出口面から吐出口内部に増粘インクが侵入した場合、供給口１０４から吐出口１０１までの距離が短いほど、つまり拡散する距離が短いほど、浸入インクの低粘度化が速く行われる。またそして拡散する経路の断面積が広いほど浸入インクの低粘度化が速く行われ、より速く吐出が正常化される。
【００３２】
すなわち、図２のノズル構造において、
Ｑ＝（Ａ１／Ｌ１）＋（Ａ２／Ｌ２）＋（Ａ３／Ｌ３）・・・［式１］
とすると、Ｑの値が大きいほど、増粘インクが侵入することによる悪影響を受けにくい。逆にいうと、Ｑの値が小さいほど増粘インクの浸入に対して弱いノズルであるといえる。つまり断面積が小さいほど、また経路の長さが長いほど上述したインクの低粘度化が遅くなるためである。
【００３３】
ここで本発明の実施形態における記録素子基板１００において、相対的に大滴を吐出するＣ１、Ｍ１、Ｙ１、Ｙ２のノズル列のＱは約４５．９である。これに対して、相対的に小滴を吐出するＣ２、Ｍ２のＱは約２２．５であり、最も小さな液滴を吐出するＣ３、Ｍ３のＱは約１１．２である。つまり各ノズル列のＱの大小関係は、Ｃ１、Ｍ１、Ｙ１、Ｙ２＞Ｃ２、Ｍ２＞Ｃ３、Ｍ３の関係となっている。本実施形態においてはおり、二次色を形成する際に大滴を吐出するノズル列の間の領域、つまり、吐出口面にインクミストが付着しやすい領域の外側に、Ｑの値が小さいノズルが配置されている。
【００３４】
具体的にはＱの値が小さいＭ２、Ｍ３のノズル列をＹ１、Ｙ２、Ｍ１のノズル列の間の領域の外側に配置している。特に、Ｑの値が最も小さいＭ３のノズル列を上記領域から最も離れた位置に配している。
【００３５】
つまり、供給口１０４から吐出口１０１までの領域（液路）に関して、インクの供給方向と直交する方向に関する平均断面積をＡ、インクの供給方向の長さをＬとする。この場合、複数のノズル列のうち、Ａ／Ｌの値が最も小さいノズル列は、吐出量が最も大きいノズル列が並列する間の領域の外側に配置されている。本実施形態においては、Ａ／Ｌの値が最も小さいノズル列は、ノズル列と交差する方向に関して複数のノズル列の端部に配されている。
【００３６】
この構成によって、２次色の高密度の記録走査を繰り返した場合でも、吐出面にインクミストが付着することによる吐出不良が発生しにくくなっている。尚、本実施形態においてマゼンタインクとイエローインクの二次色により赤系のベタ画像を形成する場合の説明をしたが、同様にイエローインクとシアンインクによる青系のベタ画像を形成する場合も同様である。つまり図１に示すようにＹ１、Ｙ２、Ｃ１のノズル列の間の領域の外側にＣ２、Ｃ３を配置し、Ｑの値が最も小さいＣ３のノズル列を上記領域から最も離れた位置に配することで増粘インクの影響が軽減できる。
【００３７】
（第二の実施形態）
本発明が用いられる第二の実施形態の構成を図９に示す。本実施形態の記録素子基板１００においては、基本色としてのシアン、マゼンタ、イエローのインクを吐出するノズル列以外に、黒色部の記録に補助的に使用されるブラックインクを吐出するノズル列（Ｋ１、Ｋ２）を有する。
【００３８】
このノズル構成を有するヘッドは、ブラックインクの吐出ができるため、基本３色（シアン、マゼンタ、イエロー）のみの場合に比べ、コントラストの高い記録画像を出力することができる。また、ブラックのノズル列の位置を基本３色の外側に配置させることで、第一の実施形態で説明した２次色を形成する際に吐出口面に付着した増粘インクによる影響を軽減することができる。
【００３９】
また、ブラックのノズルＫ１、Ｋ２は、シアン、マゼンタ、イエローのノズルＣ１、Ｍ１、Ｙ１、Ｙ２と同様に吐出量は約５ｐｌで、Ｑも同等の値である。ただし、このブラックのインクは補助色として使用され、他の基本３色のように２次色の高濃度ベタ画像に対して主体的に用いられることはなく、吐出を高密度かつ高周波数で行うことはない。そのため、たとえＫ１、Ｋ２のノズル列と他色のノズル列（本実施形態ではＭ１列）と同時吐出されても、フェイス面に向かう強い気流渦が発生することはなく、吐出面へのインクミストの付着は非常に軽微である。よって、Ｋ１、Ｋ２列とＭ１列の間にＭ２列やＭ３列のようなＱの値が小さいノズルが配置されても問題はない。
【００４０】
上述した各実施形態においてはマゼンタとシアンノズル列に関して小ノズル（Ｍ３、Ｃ３）と中ノズル列（Ｍ２、Ｃ２）を供給口１０４に対して同じ側に配置したが本発明はこれに限られない。例えば、マゼンタとシアンノズル列において、大ノズル列（Ｍ１、Ｃ１）と中ノズル列（Ｍ２、Ｃ２）とを供給口に対して同じ側に配置し、他方の側に小ノズル列（Ｍ３、Ｃ３）のみを配置する構成でもよい。つまり、少なくとも増粘インクに対して影響を受け易いノズル列（Ｑの値が小さいノズル列）を大ノズル列の間の領域の外側に配置すればよい。
【００４１】
またブラックインクを吐出するノズル列に代えてグレーインクを吐出するノズル列であってもよいし、ブラックのノズル列に加えてグレーのノズル列があってもよい。
【００４２】
また上述した各実施形態はノズル列と直交する方向に関して、マゼンタ、シアン、イエローの順にノズル列を配しているが、上述したＱの関係を満たしていれば色の並び順はこれに限られるものではない。
【００４３】
また上述した各実施形態は大滴、中滴、小滴の３種類の液滴を吐出するノズル列について説明したが、本発明はこれ限らず大滴、小滴の２種類の液滴を吐出するノズル列からなるインクジェットヘッドであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、インク等のインクを紙等の記録媒体に向かって吐出させて記録を行うインクジェットプリンタに搭載されるインクジェットヘッドに利用される。
【符号の説明】
【００４５】
５  インクジェットヘッド
１００  記録素子基板
１０１  吐出口
１０２  発泡室
１０３  流路
１０４  供給口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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