(57)【要約】【課題】従来のヘッドの大きさや製作技術を大きく変えることなく、従来の比べてノズル数を増加でき、記録速度を大幅に向上させると共に、写真画像に近い高精細な画像を高速で記録することのできるインクジェット記録ヘッドを提供すること。【解決手段】基板に形成された多数のインク室内のインクを各インク室の一端に形成されたノズルからインク滴として吐出するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記１つのインク室に対してそれぞれ２つのノズルを形成し、インク室内のインクを該２つのノズルからそれぞれ同時に吐出することにより、記録媒体上に２つの画素を同時に形成するように構成してなることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成された多数のインク室内のインクを各インク室の一端に形成されたノズルからインク滴として吐出するインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記１つのインク室に対してそれぞれ２つのノズルを形成し、インク室内のインクを該２つのノズルからそれぞれ同時に吐出することにより、記録媒体上に２つの画素を同時に形成するように構成してなることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
前記インク室が形成された基板をインク滴の吐出方向が同一方向となるように２つ重ね合わせてなることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
前記２つの基板は、各基板のインク室の並び方向に対して、ノズルピッチの１／２ずらして重ね合わせてなることを特徴とする請求項２記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
前記基板は、分極した圧電性材料にインク室となる複数の平行な溝と側壁とを交互に形成すると共に、前記側壁に電極を形成し、該電極に電界を印加することにより前記側壁をせん断変形させて、各インク室内のインクをノズルから吐出させるように構成してなることを特徴とする請求項１、２又は３記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドを用いて、各ノズルからそれぞれインク滴を連続して吐出することにより、連続吐出された各インク滴を飛行中又は記録媒体上で合体させることを特徴とするインクジェット記録方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェット記録ヘッド、インクジェット記録装置及びインクジェット記録方法に関し、詳しくは、従来の記録ヘッドの構造や製作技術を大きく変えることなく、高画質の画像を高速で記録することのできるインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、インクジェット記録による画像は、３００〜６００ｄｐｉ程度で記録されている。３６０ｄｐｉは、１画素の大きさが７０μｍ×７０μｍであり、３０ｃｍの観察距離ではドットが見えるので、ハイライト部ではざらつき感のある画像となってしまう。また、斜め線にギザギザが見えるので、高画質の画像を形成できない。しかし、画素密度を７２０ｄｐｉ以上にすると、粒状性が大幅に改善され、ハイライト部のドットを視認できなくなってざらつき感がなく、斜め線にもギザギザが見えなくなることで、写真に近い高精細な高画質画像が得られるようになる。
【０００３】
このように、写真に近い高画質画像を得るには、解像度を高くする必要があり、そのためにはドット径を小さくすることが有効である。ドット径を小さくすれば、単位面積当たりのドット数が増えることにより、諧調表現のためのマトリックス数を増やすことができる。なお、７２０ｄｐｉでは、１画素の大きさは３５μｍ×３５μｍとなる。
【０００４】
インクジェット記録による画像は円形のドットにより形成される。一方、画素は正方形なので、インク滴のドット径を画素のピッチより大きくして、隣接ドット間に重なりができるようにしないと、記録された画像に白スジが発生してしまう。例えば、３６０ｄｐｉでは、１画素の大きさは７０μｍ×７０μｍであるので、これを円形のドットで埋めるためには、ドットは正方形の画素に外接する円となり、ドット径として１００μｍが必要である。一方、高精細な高画質画像を記録するために画素密度を７２０ｄｐｉとするには、１画素の大きさが３５μｍ×３５μｍになるので、これを円形のドットで埋めるには、ドット径を５０μｍとする必要がある。
【０００５】
ノズル径とインク吐出量とドット径の関係は、インク滴の吐出時、ノズル径と同じ太さのインク柱が形成され、これが千切れてインク滴となり、記録媒体に着弾して、少し広がってドットを形成する。
【０００６】
吐出するインク滴量とドット径の関係を測定した例を図６に示す。ドット径は記録媒体での滲みの程度で変わるが、これは写真画像を達成できる滲みの少ないコーテッド紙に吐出した結果である。例えば、画素密度７２０ｄｐｉの画像記録を行うために記録媒体上で５０μｍのドット径を得るには、４〜１０ｐｌ（ピコリットル）程度吐出すればよく、また、画素密度３６０ｄｐｉの画像記録を行うために記録媒体上で１００μｍのドット径を得るには、４０〜５０ｐｌ吐出すればよいことがわかっている。
【０００７】
すなわち、３６０ｄｐｉの記録ヘッドでは、５０ｐｌのインク滴を１滴吐出すれば、１００μｍのドットを形成して１画素を被覆できる。また、７２０ｄｐｉの記録ヘッドで１０ｐｌのインク滴を１滴吐出すると、５０μｍのドットを形成して１画素を形成する。同じ被覆面積で比較すると、５０ｐｌのインク滴１滴で被覆できる面積を、１０ｐｌのインク滴では４滴以上吐出しなければならない。このため、画素密度が７２０ｄｐｉの高精細な画像を記録する場合、駆動周波数が同じであれば、記録速度は画素密度が３６０ｄｐｉの場合に比べて１／４以下に低下する。駆動周波数を倍にしても、記録速度は１／２以下に低下する。
【０００８】
しかし、記録ヘッドを高周波で駆動すると、発熱してその熱がインクに伝わり、インクの粘度が低下してインク滴の吐出速度が速くなる。例えばインクの温度が５℃上昇すると、インク滴の速度は１ｍ／ｓｅｃ以上速くなり、記録ヘッドを主走査方向に移動させながら吐出する時、インク滴の着弾位置が主走査方向に１８μｍ以上ずれることになる。これは画素密度が７２０ｄｐｉの画像では半画素分ずれることになり、画質を低下させ、好ましくない。
【０００９】
このため、インクジェット記録装置の記録速度を高めるには、記録ヘッドのノズル数を増やすことが有効である。しかし、ノズル数を増やすために記録ヘッドの幅を大きくしてインク室の数を増やすと、記録ヘッドが大型化し、撓みや熱膨張差による歪みのため、製造が困難となる問題がある。また、同じ記録ヘッドを重ねることによりノズル数を増やすことも知られているが、ヘッドの発熱のため２個以上重ねることは不可能であり、せいぜい倍の数にしか増やせない。
【００１０】
このため、記録ヘッドの幅を従来よりも大きくすることなく、ノズル数を従来よりも更に増やし、写真画像に近い高精細な画像を高速で記録することができるようにすることが望まれている。
【００１１】
従来、１つのインク室に複数のノズルを設けて、インク吐出量を変えることにより諧調のある画像を形成する技術が知られている（特許文献１〜７）。
【００１２】
特許文献１は、１つのインク流路に、径の異なるノズルを複数個設け、ノズル内の流動抵抗が径の二乗に反比例して低下することを利用して、ヒーターが発生するエネルギーが小さいときは、径の大きいノズルから吐出し、エネルギーが大きくなると、大径、小径両方のノズルから吐出することにより、インクの吐出量を変えて、記録媒体上でドット面積や形状を変化させて、２値画像しか記録できないインクジェットで中間調のある画像を作成する方法が記載されている。
【００１３】
しかし、これは、ヒーターを加熱して蒸気泡を発生し、その力でインクを吐出する方式を用いているため、ピエゾ方式と異なり、駆動条件を変化させてもインク滴の吐出量を大きく変化させられないためであり、高精細な画像を高速で記録することを意図していない。
【００１４】
特許文献２は、上記同様の蒸気泡を使用してインクを吐出する方式の記録ヘッドであり、１つのインク室に同じ大きさの複数のノズルを設け、複数の吐出口から複数の小滴を吐出して、記録媒体上で合体させる方法である。しかし、これは、大滴の１滴で画像を形成するより、小滴を複数個合体させて画像を形成すると、解像度が高く、定着性がよく、ドットの形が円形から正方形に近づくので、画像濃度が高くなり、高画質像を形成できるためであり、高精細な画像を高速で記録することを意図していない。
【００１５】
特許文献３は、圧電素子を使用するせん断モードの記録ヘッドにおいて、１つのインク室に流路抵抗の異なる大小２つのノズルを設けて、吐出圧が低いとき、大きいノズルだけから吐出し、吐出圧が高いとき、大小両方のノズルから吐出して、小ノズルから吐出されたインク滴が、大ノズルから吐出されたインク滴と着弾して合体することにより、同一の噴射によりサイズの異なるインク滴を吐出する方法が記載されている。しかし、高精細な画像を高速で記録することについては触れられていない。
【００１６】
特許文献４は、振動版を静電気で振動させて吐出する記録ヘッドにおいて、１つのインク室に複数のノズルを形成して、１つの画素を複数のインク滴で形成すると、１つのノズルが詰まっても画素抜けにならないので信頼性が向上することが記載されている。しかし、高精細な画像を高速で記録することについては触れられていない。
【００１７】
特許文献５は、１つの記録信号に応答し、記録単位のピッチの１／Ｎの間隔で、Ｎ個の液滴を吐出して隙間なく塗り潰す方法が記載されている。しかし、高精細な画像を高速で記録することについては触れられていない。
【００１８】
特許文献６及び７は、１つのインク室に複数のオリフィスを持つインクジェットヘッドをバーコード記録に使用する技術が記載されている。これは１つのインク室に多数のノズルを設けて、ヘッドのチャネル数を減らす方法である。しかし、バーコード記録用のため、ノズル密度が１４０〜２００ｄｐｉと低く、高画質の画像形成には使用できない。
【００１９】
【特許文献１】特開平１０−１６６５８５号公報
【特許文献２】特開平７−３２５９６号公報
【特許文献３】特開平１０−３１５４６３号公報
【特許文献４】特開平９−５７９６６号公報
【特許文献５】特許第２７３５８５２号公報
【特許文献６】米国特許第４９０１０９３号明細書
【特許文献７】米国特許第４７１４９３４号明細書
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来のヘッドの大きさや製作技術を大きく変えることなく、従来の比べてノズル数を増加でき、記録速度を大幅に向上させると共に、写真画像に近い高精細な画像を高速で記録することのできるインクジェット記録ヘッドを提供することを課題とする。
【００２１】
また、本発明は、微小なインク滴によって階調のある高精細な画像を高速で記録することのできるインクジェット記録方法を提供することを課題とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
【００２３】
１．基板に形成された多数のインク室内のインクを各インク室の一端に形成されたノズルからインク滴として吐出するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記１つのインク室に対してそれぞれ２つのノズルを形成し、インク室内のインクを該２つのノズルからそれぞれ同時に吐出することにより、記録媒体上に２つの画素を同時に形成するように構成してなることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【００２４】
２．前記インク室が形成された基板をインク滴の吐出方向が同一方向となるように２つ重ね合わせてなることを特徴とする１記載のインクジェット記録ヘッド。
【００２５】
３．前記２つの基板は、各基板のインク室の並び方向に対して、ノズルピッチの１／２ずらして重ね合わせてなることを特徴とする請求項２記載のインクジェット記録ヘッド。
【００２６】
４．前記基板は、分極した圧電性材料にインク室となる複数の平行な溝と側壁とを交互に形成すると共に、前記側壁に電極を形成し、該電極に電界を印加することにより前記側壁をせん断変形させて、各インク室内のインクをノズルから吐出させるように構成してなることを特徴とする１、２又は３記載のインクジェット記録ヘッド。
【００２７】
５．前記１〜４のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドを用いて、各ノズルからそれぞれインク滴を連続して吐出することにより、連続吐出された各インク滴を飛行中又は記録媒体上で合体させることを特徴とするインクジェット記録方法。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００２９】
本発明に係るインクジェット記録ヘッドは、インク室内のインクを該インク室の一端に形成されたノズルからインク滴として吐出するように構成されたものであれば、インクを吐出するエネルギーを発生するための構造はどのようなタイプでもよいが、ここではインク室を構成する側壁が分極された圧電性材料により形成され、この側壁に電界を印加することにより側壁をせん断変形させてインク室内のインクを吐出する、いわゆるシェヤーモードタイプの記録ヘッドを例に挙げて説明する。
【００３０】
図１は、かかる記録ヘッドの一例を示す縦断面図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【００３１】
同図において、Ｈは記録ヘッド、１は圧電性材料基板、２はノズルプレート、３はノズル、４はインクチャネル、５は側壁、６はカバープレート、７はインク流入口、８はＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）である。
【００３２】
圧電性材料基板１は、互いに分極方向が異なる２枚の圧電性材料１ａ、１ｂを接着剤を介して上下に貼り合わせ、その上側の圧電性材料１ａからダイヤモンドブレード等により、インク室となる溝状の複数のインクチャネル４が全て同じ形状で平行に切削加工されており、これにより隣接するインクチャネル４は、矢印の方向に分極された側壁５によって区画されている。また、インクチャネル４は、圧電性材料基板１のインクチャネル出口側（図１における左側）の深溝部４ａと、該深溝部４ａからインクチャネル入口側（図１における右側）に行くに従って徐々に浅くなる浅溝部４ｂとを有している。
【００３３】
圧電性材料基板１に使用される圧電性材料としては、電圧を加えることにより変形を生じるものであれば特に限定されず、公知のものが用いられ、有機材料からなる基板であっても良いが、圧電性非金属材料からなる基板が好ましく、この圧電性非金属材料からなる基板として、例えば成形、焼成等の工程を経て形成されるセラミックス基板、又は成形、焼成を必要としないで形成される基板等がある。有機材料としては、有機ポリマー、有機ポリマーと無機物とのハイブリッド材料が挙げられる。
【００３４】
セラミックス基板としては、ＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）、第三成分添加ＰＺＴがあり、第三成分としてはＰｂ（Ｍｇ１／２Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｍｎ１／３Ｓｂ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｃｏ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３等があり、さらにＢａＴｉＯ３、ＺｎＯ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３等を用いて形成することができる。
【００３５】
また、成形、焼成を必要としないで形成される基板として、例えば、ゾルゲール法、積層基板コーティング等で形成することができる。ゾルゲール法によれば、ゾルは所定の化学組成を持つ均質な溶液に、水、酸あるいはアルカリを添加し、加水分解等の化学変化を起こさせることによって調整される。さらに、溶媒の蒸発や冷却等の処理を加えることによって、目的組成の微粒子あるいは非金属無機微粒子の前躯体を分散したゾルが作成され、基板とすることができる。異種元素の微量添加も含めて、化学組成の均一な化合物を得ることができ、出発原料には一般にケイ酸ナトリウム等の水に可溶な金属塩あるいは金属アルコキシドが用いられ、金属アルコキシドは、一般式Ｍ（ＯＲ）ｎで表される化合物で、ＯＲ基が強い塩基性を持つため容易に加水分解され、有機高分子のような縮合過程を経て、金属酸化物あるいはその水和物に変化する。
【００３６】
また、積層基板コーティングとして、気相から蒸着させる方法があり、気相からセラミックの基板を作成する方法には、物理的手段による蒸着方法と、気相あるいは基板表面の化学反応による製法の二通りに分類され、さらに、物理蒸着方（ＰＶＤ）は、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法等に細分され、また化学的方法にも気相化学反応法（ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ法などがある。物理蒸着法（ＰＶＤ）としての真空蒸着法は、真空中で対象とする物質を加熱して蒸発させ、その蒸気を基板上に付着させる方法で、スパッタ法は目的物質（ターゲット）に高エネルギー粒子を衝突させ、ターゲット表面の原子・分子が衝突粒子と運動量を交換して、表面からはじきだされるスパッタリング現象を利用する方法である。またイオンプレーティング法は、イオン化したガス雰囲気中で蒸着を行う方法である。また、ＣＶＤ法では、膜を構成する原子・分子あるいはイオンを含む化合物を気相状態にしたのち、適当なキャリヤーガスで反応部に導き、加熱した基板上で反応あるいは反応析出させることによって膜を形成し、プラズマＣＶＤ法はプラズマエネルギーで気相状態を発成させ、４００℃〜５００℃までの比較的低い温度範囲の気相化学反応で、膜を析出させる。
【００３７】
圧電性材料基板１の上面には、全インクチャネル４に亘って深溝部４ａ上を覆うようにカバープレート６が接着剤を介して接着されると共に、各インクチャネル４の浅溝部４ｂ上に、インクチャネル４内へのインク流入口７が形成されている。
【００３８】
本実施形態に示す記録ヘッドＨは、以上のように圧電性材料基板１により構成された基板としてのそれぞれ同一構造のヘッドＨ１及びＨ２が、それぞれのインク流入口７が反対方向となり、且つインク吐出方向が同一方向（図示左側）を向くように２枚重ね合わされており、各ヘッドＨ１、Ｈ２の前端面に亘って、ノズル３が開設された１枚のノズルプレート２が接着剤を介して接着されている。
【００３９】
カバープレート６の材料は、特に限定されず、有機材料からなる基板であっても良いが、非圧電性非金属材料からなる基板が好ましく、この非圧電性非金属材料からなる基板として、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、シリコン、窒化シリコン、シリコンカーバイド、石英、ＰＺＴの少なくとも１つから選ばれることが好ましい。この非圧電性材料基板は、例えば成形、焼成等の工程をへて形成されるセラミックス基板、又は成形、焼成を必要としないで形成される基板等があり、焼成等の工程を経て形成されるセラミックス基板として、例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、それらの混合、混融体、さらにＺｒＯ２、ＢｅＯ、ＡｅＮ、ＳｉＣ等を用いることができる。有機材料としては、有機ポリマー、有機ポリマーと有機物とのハイブリッド材料が挙げられる。
【００４０】
また、ノズルプレート２の材料としては、ポリイミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、液晶ポリマー、アロマティックポリアミド樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリサルフォン樹脂等の合成樹脂のほか、ステンレス等の金属材料を用いることもできる。
【００４１】
各インクチャネル４内には、その両側面から底面にかけて金属電極９が形成されており、この金属電極９は、浅溝部４ｂを通って圧電性材料基板１の後部側表面１ｃまで延びている。各金属電極９には、この後部側表面１ｃにおいて図示しない異方導電性フィルムを介してＦＰＣ８が接着されており、図示しない駆動回路から各金属電極９に駆動電圧を印加することにより側壁５をせん断変形させ、その変形時の圧力によりインクチャネル４内のインクをノズルプレート２に形成されたノズル３から吐出するようになっている。
【００４２】
金属電極９に用いられる金属としては、白金、金、銀、銅、アルミニウム、パラジウム、ニッケル、タンタル、チタンを用いることができ、特に、電気的特性、加工性の点から、金、アルミニウム、銅、ニッケルが好ましく、めっき、蒸着、スパッタで形成される。
【００４３】
かかるシェヤーモードタイプの記録ヘッドＨは、以上のように圧電性材料１にインクチャネル４を形成して、その側壁５に金属電極９を形成するだけで、ヘッドの主要部分を構成できるので、製造が簡単で、多数のインクチャネル４を高密度に配置できるために、高精細な画像記録を行う上で好ましい態様である。
【００４４】
記録ヘッドＨのノズルプレート２には１つのインクチャネル４に対して２つのノズル３ａ、３ｂが形成されており、本発明において、この記録ヘッドＨを用いて記録媒体に画像記録を行う場合には、図５（ａ）に示すように、この２つのノズル３ａ、３ｂからインクを同時に平行に吐出することにより、各インク滴をそれぞれ記録媒体上に着弾させ、該２滴のインク滴で２画素を一度に形成する。図５（ｂ）に示す記録ヘッドＨＡのように、１つのノズル３０から１滴のインク滴を吐出して、１つの画素を埋めてゆく方法に比べて、記録速度をノズルの数分以上速くすることができると共に、ハイライトのざらつき感のない画像を得ることができる。
【００４５】
また、本実施形態では、図１及び図２に示すように２つのヘッドＨ１、Ｈ２を重ね合わせているため、記録ヘッドＨの幅を大きくすることなくインクチャネル４の数を更に２倍に増加させることができ、より高速で画像記録を行うことができるようになる。しかも、従来の記録ヘッドとほとんど構造と大きさが変わらないため、製造も容易である。
【００４６】
ノズル３ａ、３ｂの形状は、図１に示すように、入口径が大きく出口径が小さい、いわゆるコニカルノズルとすることが、吐出抵抗が小さくなると共にノズル開口から空気を吸い込みにくくなるために好ましい。
【００４７】
高精細な画像記録を行うために５〜１０ｐｌの微小なインク滴を吐出するには、ノズルの径は小さい方が好ましい。吐出時にノズル部で形成されるインク柱の径と吐出圧力で吐出量が決まるので、ノズルの径が小さい程微小インク滴を吐出できるが、余り小さいと、ノズルが詰まり易くなるので、この場合、出口径は１５〜２５μｍ程度とすることが好ましく、より好ましくは２３μｍである。これより小さいとノズル詰まりが発生し易くなり、また、これより大きいと画素密度７２０ｄｐｉの高精細な画像を記録する場合に必要な１０ｐｌ以下の微小インク滴を吐出できなくなる。
【００４８】
また、ノズル３ａ、３ｂの入口径は３０〜４０μｍとすることが好ましい。しかし、１８０ｄｐｉヘッドの場合、インクチャネル４の幅は７０μｍしかないので、ノズルを２つ以上は並べられない。また、２つのノズル３ａ、３ｂをどのように配置するかは入口径で決まる。２つのノズル３ａ、３ｂ間の距離は、画素密度７２０ｄｐｉに合わせて主走査方向の距離ｄ１を３５μｍ、副走査方向の距離ｄ２を３５μｍとすることが好ましい（図３参照）。
【００４９】
かかるノズル３ａ、３ｂの形成は、樹脂製のノズルプレートにエキシマレーザーを用いて穿孔したり、ステンレスのノズルプレートにポンチで穿孔して形成することができる。例えば、ポリイミド樹脂板にマスクを介してエキシマレーザーを照射すればよい。ノズル３ａ、３ｂの開口形状は特に問わず、真円、楕円、四角形等の任意の形状とすることができる。
【００５０】
図３はノズルプレート２のノズル３ａ、３ｂを正面側から見た配置構成を示している。記録ヘッドＨは、１つのインクチャネル４に対して２個のノズル３ａ、３ｂを設けるので、１つのインクチャネル４における一方のノズル（図示上側に位置するノズル３ａ）をα、他方（図示下側に位置するノズル３ｂ）をβとすると、α穴とβ穴とを交互に穿孔してもよいし、α穴を数個穿孔してからβ穴を数回穿孔する作業を繰り返してもよい。
【００５１】
なお、多数のノズルから吐出を行うと、ノズル間で必ず吐出されたインク滴にばらつきがあり、インク滴が微妙に位置ずれして着弾することにより、記録された画像に横縞が現れる。また、記録媒体の送りむらもあるため、白い又は黒い横すじ（バンディング）を生じる問題がある。これらの欠陥を防ぐため、記録媒体の送り幅をドット径の１／２として、行を重ねて記録したり、最初の記録時に適度にドットを間引いて記録し、記録媒体を少しだけ送って（例えばノズル２つ分）、別のノズルによってその間引いた部分を印刷して、異なるノズルから吐出したインク滴のドットが並ぶように記録する方法が採られている。
【００５２】
しかし、ノズル間のばらつきは、このような記録方法で補正できるものの、吐出されたインク滴そのものの飛行方向が大きく曲がっていると補正しきれないので、吐出された各インク滴の列が、主走査方向と副走査方向に曲がっている角度を計測する必要がある。実際は、図４に示すように、吐出されたインク滴の列を、主走査方向に沿う一平面に投影して、ノズルとノズルから０．５ｍｍ離れた点で測定した角度θで表す。
【００５３】
通常、この角度θが１〜１．５°の範囲であれば、記録媒体上での着弾ずれは２０μｍ以下になるので許容できる。しかし、吐出されたインク滴が正常な吐出方向となす角度θが１．５°以上になる吐出曲がりが生じるようになると、画像にスジが現れる等の悪影響が出る。これは従来の１滴のインク滴を吐出して１画素ずつ埋める方法では、１画素分のインク滴を吐出して該インク滴が記録媒体に浸透してから隣の画素に更にインク滴を吐出して埋めていくためである。
【００５４】
一般に、記録ヘッドの製造時、ノズルを穿孔したノズルプレートをヘッドと接着してからインク滴の吐出テストを行って不良品を排除するので、この場合は途中まで組み上げたヘッドを廃棄しなくてはならず、損失が大きくなる問題がある。本発明のように、１つのインクチャネル４のα穴とβ穴の２つのノズル３ａ、３ｂから同時に２滴のインク滴を吐出して２画素を一度に埋めるようにすると、２滴のインク滴が同時に記録媒体上に着弾して、互いに引き合うため、上記角度θが２°となる吐出曲がりが発生していても画像に大きな影響はない。従って、本発明によれば、記録ヘッド製造時の収率が著しく向上する効果がある。
【００５５】
各ヘッドＨ１、Ｈ２は、それぞれのインクチャネル４の並び方向に対して、ノズルピッチの１／２ずらして重ね合わせてある。例えば７２０ｄｐｉの記録ヘッドの場合、各ヘッドＨ１、Ｈ２のノズルピッチＰを１４０μｍとすると、ヘッドＨ１とＨ２のノズル間のずれのピッチは、Ｐ／２＝７０μｍとなる。
【００５６】
これにより、例えば各ヘッドＨ１、Ｈ２それぞれが１８０ｄｐｉのヘッドであれば、ノズルのピッチを互いに１／２ずらせることで、３６０ｄｐｉの記録ヘッドとして使用することが可能となり、記録ヘッドＨの幅（副走査方向に沿う長さ）を大きくすることなく、チャネル数を増加させ、高密度の記録ヘッドとすることができる。
【００５７】
かかる記録ヘッドＨによれば、１つのインクチャネル４に、副走査方向に並んだ２つのノズル３ａ、３ｂから２滴のインク滴を同時に吐出することにより、１回の主走査で２回分の主走査を行うことになる。一般に、画像を７２０ｄｐｉの解像度で記録する場合、記録媒体の動きを止めて記録ヘッドを主走査方向にＶｃ＝２５．４×Ｆｍａｘ／７２０の速度で動かして記録を行い、次いで、記録媒体を副走査方向に３５．２μｍ送って止め、記録ヘッドを主走査方向にＶｃのキャリッジ速度で動かし、これを繰り返す必要があるが、本発明に係る記録ヘッドＨによれば、主走査方向にＶｃの速度で動かし、副走査方向に記録媒体を７０μｍ動かして止め、再び主走査方向にＶｃの速度で動かして記録すれば、解像度は７２０ｄｐｉ×３６０ｄｐｉとなる。しかし、各画素が７２０ｄｐｉのインク滴で形成されているので、見かけの解像度は７２０ｄｐｉ×７２０ｄｐｉとなり、高精細な画像を記録することができる。
【００５８】
また、３６０ｄｐｉの解像度の画像に比べて、７２０ｄｐｉでは解像度を倍に高めたために記録速度が１／４以下に低下する問題があるが、本発明に係る記録ヘッドＨでは、１チャネル当たり２滴のインク滴を同時に吐出していることにより、記録速度を著しく低下させることはない。しかも、本実施形態に示すように同一構成の２つのヘッドＨ１、Ｈ２を重ね合わせることにより、更に倍の記録速度を達成することができる。
【００５９】
本実施形態に示すシェヤーモードヘッドでは、図３に示すように、インクチャネル４間の側壁５を変形することによりインク滴を吐出するため、全インクチャネル４を２チャネルおきにＡ、Ｂ、Ｃの３群に分け、３分割して吐出する必要がある。例えば全チャネルから吐出したい場合は、Ａ群からの吐出、Ｂ群からの吐出、Ｃ群からの吐出と、主走査を３回行う必要がある。このため、主走査が１回終了する度に、記録媒体が一定長さ送られるので、Ｂ群とＣ群のノズル位置は、Ａ群のそれに対してそれぞれ予めずらして配置されている。これによりクロストークを防ぐ効果がある。
【００６０】
次に、かかる記録ヘッドＨを用いて階調のある高精細な画像を記録する方法を説明する。
【００６１】
以上説明した記録ヘッドＨを用いて画像を記録する際、各ノズル３ａ、３ｂからそれぞれインク滴を連続して吐出することにより、連続吐出された複数のインク滴を飛行中又は記録媒体上で合体させる。これにより微小なインク滴を吐出しても、一度に連続吐出された複数のインク滴同士を合体させることで、中〜大ドットを形成して高濃度の階調がある画像でも高速で記録することが可能である。この連続吐出するインク滴の数を変化させることで、中間部からシャドー部にかけて階調を表現することができ、写真に近い高精細な画像を高速で記録することができるようになる。
【００６２】
解像度と階調の関係は、微小ドット程、ドット間の濃度差を検出しにくいので、必要な階調数が少なくなる。例えば、３６０ｄｐｉの画素密度で写真画質を達成するには、２０階調が必要であるが、７２０ｄｐｉ以上の画素密度では４〜８階調で済む。このため、７２０ｄｐｉの画素密度で画像記録する際は、微小なインク滴を７滴連続吐出して飛行中又は記録媒体上で合体させて、８階調を形成すれば十分である。ハイライト部は微小なインク滴を７２０ｄｐｉで記録し、中間からシャドー部にかけては、微小滴と中滴及び／又は大滴を混合して３６０ｄｐｉ程度で記録することが記録速度を高める上で望ましい。高濃度部では目の感度が低下して、濃度差を識別しにくくなるので、微小なインク滴を使用してもさほど効果がないためである。しかし、本発明に係る記録ヘッドＨを使用すれば、２画素を同時に埋めることができるため、中間濃度部からシャドー部でも記録速度が低下することはない。
【００６３】
ところで、本実施形態に示すように、圧電性材料を使用してインクチャネル４からインクを吐出する場合、インクチャネル４を加圧して発生した音響波が、インクチャネル４を往復する時間に合わせてインクを吐出すれば、インク滴を効率良く吐出できる。このため、インクチャネル４の長さは短い程、高い周波数で吐出できる。また、このとき吐出されるインク滴の重量は、インクチャネル４の側壁５の変形量に比例するので、インクチャネル４が短い程、微小滴を吐出できる。従って、インクチャネルを小型化することで、微小滴を高周波で吐出でき、より高精細な画像を高速で記録できることになる。
【００６４】
例えば、簡単に説明すれば、インクチャネル４の長さを１／２とすれば、半分の大きさのインク滴を２倍の周波数で吐出することができる。このため、１０ｋＨｚ以上のサイクルで吐出するには、インクチャネル４の長さは１ｍｍ以下とすることが好ましい。その理由は、インクチャネル４の長さを１ｍｍとして、インク中の音速を１０００ｍ／ｓｅｃとすると、音波がインクチャネル４を往復する時間は２μｓｅｃとなる。１滴を吐出するに必要な時間は、この５倍と考えてよい。従って、７滴連続吐出する場合は７０μｓｅｃとなり、１４．３ｋＨｚで吐出できることになる。
【００６５】
従来の記録ヘッドは、５０ｐｌ程度の大滴のインク滴を吐出できるよう、インク室の長さが数ｍｍあり、必然的に吐出周波数が低かったが、インクチャネル４の長さを従来の１／２以下、具体的には１ｍｍ以下とすることで、記録速度を低下することなく吐出インク滴数を更に増加させることができるようになる。
【００６６】
なお、インク滴を吐出するために記録ヘッドＨに与えられる駆動波形は、ＤＲＣ波形やＤＲＲＣ波形が好ましい。
【００６７】
ＤＲＣ波形とは、Ｄｒａｗ−Ｒｅｌｅａｓｅ−Ｃａｎｃｅｌの略であり、図７に示すように、側壁を外側に変形させてインクチャネルを膨らませ（Ｄ：Ｄｒａｗ）、インクをインクチャネル内に充填する。一定時間、例えばＡＬ時間、この状態を保ってから、側壁の変形を元に戻せば（Ｒ：Ｒｅｌｅａｓｅ）、インクチャネルに圧力が掛かり、インクが吐出される。２ＡＬ時間経過して、再度インクチャネルを膨らませて、残留する圧力をキャンセルする（Ｃ：Ｃａｎｃｅｌ）。
【００６８】
これで１つのノズルから１滴が吐出されるので、これを必要回数繰り返すと、後から吐出されるインク滴は、前に吐出されたインク滴のエネルギーが残っているので、次第に吐出速度が速くなり、連続吐出したインク滴を飛行中に合体させることができ、濃度の高い階調のある画像を記録することができる。
【００６９】
なお、ＡＬ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｌｅｎｇｔｈ）とは、インクチャネルの音響的共振周期の１／２のことであり、インクチャネルの長さをＬ、インク中の音速をＣとすると、Ｌ／Ｃであらわされる時間（単位：μｓ）である。駆動パルス幅をＡＬに合わせると、最も効率良く吐出できる。しかし、インク中の音速を測定するのは難しいので、パルス幅を変化させて、インク滴の飛翔速度を測定し、速度が最大になるときのパルス幅をそのヘッドのＡＬと定義する。
【００７０】
また、本発明において、ハイクォリティーモードでは、５〜３５ｐｌ（実際はこの倍になる）のドットを、１０〜１５ｋＨｚの周波数で形成することが好ましい。また、ハイスピードモードでは１０ｐｌのインク滴を１８ｋＨｚで形成することが好ましい。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、１つのインク室にノズルを２個設けたので、従来のヘッドの大きさや製作技術を大きく変えることなく、従来に比べてノズル数を増加でき、記録速度を大幅に向上させると共に、写真画像に近い高精細な画像を高速で記録することのできるインクジェット記録ヘッドを提供することができる。
【００７２】
また、１つのインク室にノズルを２個設けたヘッドを２つ重ねることにより、従来に比べてノズル数を４倍に増加でき、写真画像に近い高精細な画像を更に高速で記録することのできるインクジェット記録ヘッドを提供することができる。
【００７３】
更に、本発明によれば、微小なインク滴によって階調のある高精細な画像を高速で記録することのできるインクジェット記録方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る記録ヘッドの一例を示す縦断面図
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図
【図３】本発明に係る記録ヘッドのノズルの配置構成を示す部分正面図
【図４】ノズルからのインク滴の吐出状態を示す説明図
【図５】（ａ）は本発明に係る記録ヘッドのインク滴の吐出の様子を説明する図、（ｂ）は従来の記録ヘッドのインク滴の吐出の様子を説明する図
【図６】ドット径と吐出滴との関係を示すグラフ
【図７】ＤＲＣ波形を示す図
【符号の説明】
Ｈ：記録ヘッド
Ｈ１、Ｈ２：ヘッド
１、１ａ、１ｂ：圧電性材料基板
２：ノズルプレート
３、３ａ、３ｂ：ノズル穴
４：インクチャネル
５：側壁
６：カバープレート
７：インク流入口
８：ＦＰＣ
９：金属電極
【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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