インクジェット記録ヘッド、該記録ヘッドに用いる素子基板およびインクジェット記録装置

【課題】インクを吐出するための吐出口とヒータを有する記録素子で構成される記録素子群を複数有し、それらの記録素子群が、隣接する記録素子群の吐出口列の一部が重なるつなぎ部を有するように配置されているヘッドにおいて、つなぎ部の駆動頻度が低いことによって生じる温度ムラを解消する。
【解決手段】吐出口列の中央部の記録素子に対応したヒータ駆動回路に駆動波形設定信号を与える駆動波形設定信号線とは異なる駆動波形設定信号線が、前記つなぎ部の記録素子に対応したヒータ駆動回路に接続されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクを吐出する吐出口を集積配列してなるインクジェット記録ヘッド、この記録ヘッドに用いる素子基板および画像記録を行うインクジェット記録装置に関する。より詳しくは、記録ヘッドと記録媒体の搬送方向において各吐出口群の吐出口列の一部が重なるように配置された記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置およびインクジェット記録方法に関する。
【０００２】
なお、本発明は、紙や布、革、不織布、ＯＨＰ用紙、および金属などの素材からなる記録媒体に記録を行う機器の全てに適用可能である。具体的な適用機器としては、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の事務機器や工業用生産機器等を挙げることができる。
【背景技術】
【０００３】
インクジェット記録装置においては、記録速度の向上のため、複数の記録素子を集積配列してなる記録ヘッドを用いて記録を行うものが知られている。さらに、近年では記録画像のカラー化の要請が高まり、カラーインクを吐出する複数種の記録ヘッドを搭載したものも一般に用いられている。なお、本明細書及び特許請求の範囲に記載の記録素子とは、記録ヘッドの共通液室に供給されたインクを吐出させる吐出口と、前記共通液室に供給されたインクを前記吐出口に導くよう形成された液路とを備えることを意味する。さらに前記液路内に供給されたインクを前記インク吐出口から吐出させるヒータ等の吐出エネルギー発生素子とをも備えるものを意味する。
【０００４】
また、近年の記録素子の集積配列化の技術進歩を背景に、高密度で長尺な記録ヘッドの製作が可能になってきている。高密度に記録素子を配し、長尺に製作された記録ヘッドは、一般にフルマルチ型長尺記録ヘッドと呼称され、長尺な記録ヘッドに対応した幅広の記録領域に対し、１回の記録走査によって画像を完成させるものが提案、実施されている。このインクジェット記録装置によれば、記録速度と画質の双方を満足し得ることから、さらなる技術開発が進められている。
【０００５】
さらに、このフルマルチ型のヘッドは、長尺な記録素子列を１つのチップとして製造しようとすると、１つでも記録素子に不具合があると、そのチップは使用することができないため、歩留まりが悪くなるという欠点がある。近年のフルマルチ型ヘッドはこの問題を解決するために、複数の短尺ヘッドをつないで、一つの長尺ヘッドとするものが増えてきている。このつなぎ型フルマルチヘッドは、つなぎ目のスジを軽減させるために、チップ同士をオーバーラップさせるように配置することが提案、実施されつつある。
【特許文献１】特開２００７−３０５０３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記つなぎ型フルマルチヘッドを用いるインクジェット記録装置を検討するにあたり、以下のような課題が生じている。
【０００７】
つなぎ型フルマルチヘッドでは、つなぎ部分を複数のチップで分けて印字する場合、つなぎ部分の記録素子の使用頻度が、中央部の記録素子に比べて低くなってしまう。そのため、記録素子列の中央部と端部で温度差が大きくなってしまい、結果として記録素子列内で吐出量のバラツキが発生すると、画像にムラが発生してしまう可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
課題を解決するための本発明の記録ヘッドは、インクを吐出するための吐出口とヒータとを有する記録素子と、ヒータを駆動するためのヒータ駆動回路とを複数有し、記録媒体と相対移動することで記録を行うインクジェット記録ヘッドであって、複数の記録素子で構成される記録素子群を複数有し、それらの記録素子群が、記録媒体の相対移動方向と交差する方向に配置されると共に、隣接する記録素子群の吐出口列の一部が前記相対移動方向に重なるつなぎ部を有するように配置されており、吐出口列の中央部の記録素子に対応したヒータ駆動回路に駆動波形設定信号を与える駆動波形設定信号線と異なる駆動波形設定信号線が前記つなぎ部の記録素子に対応したヒータ駆動回路に接続されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッドである。また、このインクジェット記録ヘッドを構成する素子基板およびこのインクジェット記録ヘッドを用いた記録装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、フルマルチヘッドの記録素子列全域に渡って吐出量を均一にすることができ、良好な画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態に適用するインクジェット記録装置の概念構成を示す図であり、図２は装置内での記録ヘッドの配列状態を模式的に示す平面図である。
【００１２】
本実施形態のインクジェット記録装置１は、記録媒体の搬送方向と交差する（略直交することが望ましい）する方向に延在する長尺な複数の記録ヘッド２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｂｋを、並設してなるフルラインタイプのカラーインクジェット記録装置である。ここで、２Ｙは、イエローインクを吐出する記録ヘッド、２Ｍはマゼンタインクを吐出する記録ヘッド、２Ｃはシアンインクを吐出する記録ヘッド、２Ｂｋはブラックインクを吐出する記録ヘッドとなっている。各記録ヘッドは、略同一の構成を有するものとなっており、以下の説明において、特に区別の必要がない場合には、これらをまとめて記録ヘッド２と記述する。
【００１３】
記録ヘッド２には、インクを吐出する吐出口と、前述のインクタンク３のインクが供給される共通液室と、この共通液室から各吐出口へとインクを導く後述のインク流路とが形成されている。各インク流路内には、供給されるインク吐出用の電気熱変換体（ヒータ）が設けられている。また、ヒータは、ヘッドドライバ２ａを介して制御装置９に電気的に接続されている。この制御装置から送られるオン／オフ信号（吐出／不吐出信号）に応じてヒータの駆動、停止が制御される。
【００１４】
次に、図３に基づき、前述の記録ヘッドの内部構造を説明する。図３は後述の図５のような千鳥ヘッドの記録素子部分を拡大した図である。
【００１５】
図３において、インクジェットヘッド２は、インクを加熱するための複数のヒータ２１やヒータを駆動するための駆動回路（不図示）が設けられた素子基板２０と、この素子基板２０の上に流路を形成するために設けられる天板２４（流路形成部材）とを備える。天板２４には、複数の吐出口２２が形成されている。各インク吐出口２２の後方には、各インク吐出口２２に連通するトンネル状の液路２３が形成されている。各液路２３は、その後方において１つのインク液室に共通に接続されている。各インク液室には、前記インクタンク３に貯留されているインクがインク供給口を経て供給される。インク液室に供給されたインクはそれぞれの液路２３に供給される。
【００１６】
素子基板２０と、天板２４とは、各液路２３に対応した位置に各ヒータ２１が位置するように位置合わせされて組み立てられている。図３においては、４つのヒータしか示されていないが、各ヒータは、夫々の液路２３に対応して１つずつ配置されている。そして、組み立てられた記録ヘッドにおいて、ヒータ２１に所定の駆動パルスを供給すると、ヒータ２１上のインクが沸騰して気泡を形成し、この気泡の体積膨張によりインクが吐出口２２から押し出されて吐出される。次に、図５を用いて、本実施形態の特徴部分である記録ヘッドの記録素子の配置について説明する。なお、本発明の好適な実施形態の特徴を明確にするため、まず、本発明の関連技術を述べ、その後にその関連技術との相違点を中心に本実施形態における記録ヘッドの記録素子の配置および記録ヘッドの配置を説明する。
【００１７】
図５（ａ）は、フルライン型インクジェット記録ヘッドに用いる長尺記録ヘッドを示す図であり、図５（ｂ）は、同図５（ａ）に示す記録ヘッドを用いて記録された画像を示す図である。
【００１８】
図５において、５１ないし５４のそれぞれは、インク供給口を挟んで記録素子の吐出口を図の紙面左右交互に配置した（千鳥状に配置した）計５１２個の記録素子を有するヘッドの複数の記録素子群である。この記録素子群は、記録媒体の相対移動方向と交差する方向に左右交互に千鳥状に配置されて連結されており、これら記録素子群５１ないし５４によって長尺記録ヘッドが構成されている。なお、ここでは１つの記録素子群内の吐出口列を全体として一列の吐出口列として説明する。この記録素子群毎に異なる素子基板で構成されていても良い。なお、図５Ａにおいては、４個の記録素子群５１ないし５４を連結することによって合計２０４８個の吐出口をもつ長尺記録ヘッド５５が構成されている。ある記録素子群の吐出口列と他の記録素子群の吐出口列のつなぎ部分における白スジ、黒スジを回避するために、記録素子群内の吐出口列の一部の記録領域と他の記録素子群内の吐出口列の一部の記録領域とが重なるように吐出口列を配置している。
【００１９】
このように隣接する各記録素子群の吐出口列の一部が記録媒体とヘッドとの相対移動方向に重なった記録ヘッドを図６に示す。６１に示した部分は複数の記録素子群の吐出口列間で記録領域が重ならない所謂非つなぎ部であり、６２に示した部分が、複数の記録素子群の吐出口列間で記録領域が重なる所謂つなぎ部である。図５（ｂ）においてそれぞれの記録素子群の吐出口列で５８Ａ〜５８Ｄが記録されるが、その境界の記録領域５９Ａ〜５９Ｃのあたりは２つの吐出口列のつなぎ部で記録がなされる。
【００２０】
このように異なる記録素子群の吐出口列を用いて画像の一部をつないで全体の画像を形成するフルマルチヘッドにおいては、非つなぎ部６１は１つの記録素子群の吐出口列で記録されるのでいわゆる１パス印字で画像を形成するのと同様の記録となる。これに対して、つなぎ部６２では記録方向に二つの記録素子群の吐出口列が重なっているため、二つの吐出口列で記録すべき画像を分割して印字する。よって、上記フルマルチヘッドで、一様なパターンを印字すると非つなぎ部６１に比べて、つなぎ部６２の吐出口の使用頻度が少なくなる。このように使用頻度が異なるとヘッド内（記録素子群が素子基板単位であれば素子基板内）において非つなぎ部６１とつなぎ部６２で大きな温度差が発生する可能性がある。これらは特に記録素子群毎に異なる素子基板で構成されている場合に顕著である。インクジェットヘッドでは上述のような温度差がそのまま吐出量差につながりやすいため、非つなぎ部６１とつなぎ部６２で大きな温度差が発生してしまうと、画像にムラが発生してしまう。
【００２１】
（本発明の第１の実施形態）
上記のような課題を解決するため、本発明の第１の実施形態では、つなぎ部６１と中央部とで各記録素子に設けられたヒーターに対して駆動波形設定信号信号を送るヒートイネーブル信号線（駆動波形設定信号線）を別にすることを特徴とする。本発明ではつなぎ部と非つなぎ部６２とでヒートイネーブル信号線を変えた例を説明する。
【００２２】
図７に、前記フルマルチヘッドで一様なパターンを連続して印字したときに発生する温度分布を示す。点線で示した７４は、仮に吐出口列全域に渡って均一な使用頻度で印字をしたときの温度分布である。次に実線で示した７５は、つなぎ部７１、７３での使用頻度を、非つなぎ部７２の使用頻度の略半分にして印字をしたときの温度分布である。
【００２３】
つなぎ部を有するフルマルチヘッドは、７４のような温度分布を持ってしまうため、つなぎ部７１、７３と非つなぎ部７２で、温度差に基づく吐出量の違いが顕著になり画像にムラが発生してしまう。
【００２４】
上記問題を解決するための構成図を図８に示す。つなぎ部８１、８３と非つなぎ部８２は、それぞれ異なるヒートパルスを与えることができる。８１、８２、８３のそれぞれの記録素子付近には、ヘッドの温度を測定する温度センサ８４、８５、８６が設けられており、各々の最寄の温度センサの温度を読み取り、その温度に応じて、各々の記録素子のヒータ駆動制御を可変にする。
【００２５】
上記ヒータ駆動制御には、ＰＷＭ制御を用いることが好ましく、その詳細の一例として、特開平７−４７６９７に記載されている方式などが広く知られているため、ここでの詳細な説明は割愛する。
【００２６】
次に、上記ヒータ駆動を実施するために用いるヒータ駆動回路について、図４を用いて説明する。図４ａは、１つのインク吐出用のヒータ４４に対応したヒータ駆動回路を示しており、図４ｂは、つなぎ部と非つなぎ部でのヒータ駆動回路の構成を示すものである。４１は記録データ信号線であり、４２および図４ｂで示す４２−１と４２−２は時分割駆動を行うためのブロック選択信号線、４３はヒートイネーブル信号線（駆動波形設定信号線）、４５はヒータ駆動用電圧供給線である。４３に示したヒートイネーブル信号線とは、ヒータ４４を駆動する期間を指定するための駆動波形設定信号である駆動パルス（ヒートイネーブル信号とも言う）を送るための信号線である。そしてインク吐出量を可変にするための駆動パルス幅の情報は、上記ヒートイネーブル信号を通してヒータ４４に送られる。
【００２７】
本記録ヘッドにてインクを吐出する場合、４１および４２、４３の信号がヒータ選択回路としてのＡＮＤに入力され、このＡＮＤからのヒータ駆動信号によってトランジスタをスイッチングする。そしてこれにより吐出用ヒータ４４を駆動しインクを吐出する。ここで、図４ｂに示した本実施形態に用いる回路では、ヒートイネーブル信号線が４６、４７、４８と３本設けられており、一つの記録素子列につき、３種類のヒートイネーブル信号を与えることができる。そして、それぞれつなぎ部８１と８３および非つなぎ部８２に示した記録素子をそれぞれヒートイネーブル信号で駆動する。
【００２８】
上記構成を有することで、つなぎ部と非つなぎ部とで異なるパルス幅のヒート信号を与えることができ、つなぎ部と非つなぎ部と独立した制御が行えるヘッドを提供することができる。
【００２９】
また、このようなヘッドを用いて、つなぎ部に位置するヒータに非つなぎ部に位置するヒータに比べ大きなエネルギーを与えると吐出量の違いを少なくすることができる。具体的にはつなぎ部に対応したヒートイネーブル信号として、非つなぎ部に対応したヒートイネーブル信号よりも相対的にパルス幅が長い信号を記録素子に与えることで、記録素子列内の吐出量の相違は図９に示すように改善できる。点線で示した９２は、記録素子列全域を一つのヒートイネーブル信号で駆動したときの吐出量分布である。実線で示した９１は、つなぎ部のヒートイネーブル信号線を別に設け、つなぎ部の温度に応じてつなぎ部の駆動制御を変更する構成を取ったときの吐出量分布である。このようにつなぎ部と非つなぎ部でヒートイネーブル信号を別に設けることにより、つなぎ型のフルマルチヘッドを用いても良好な画像を得ることが可能となる。
【００３０】
（本発明の第２の実施形態）
上記のような実施形態に加えて、第２の実施形態を以下に示す。
【００３１】
図１０に示したように、フルマルチヘッドを構成する記録素子列が長くなればなるほど、中央部と端部での温度差は大きくなる。この時、つなぎ部１０１、１０３に駆動信号を伝えるヒートイネーブル信号は、つなぎ部の長さよりも長い範囲に対して適用してもよい。
【００３２】
具体的には、図１１に示したように温度センサーが吐出口列の最端部の吐出口近傍１１１、１１３、および中間位置１１３に示した位置にあった場合とする。１１１と１１２の間の距離をＬとした時、１／２Ｌの位置の記録素子の吐出口までを１１４、同様に反対側も端部の温度センサから１／２Ｌの記録素子の吐出口までを１１６、残った中央部を１１５のヒートイネーブル信号で駆動する。この際に用いる駆動回路構成を図１３に示す。図１３と図４ｂとの構成の違いはヒートイネーブル信号線の位置がつなぎ部のみか、つなぎ部を含め非つなぎ部の一部にまで延在しているかの違いでありその他の構成は同じである。このような構成にすることにより、温度センサから最も遠い記録素子までの距離が、つなぎ部・非つなぎ部ともに同一になるため、つなぎ部も非つなぎ部も同等に温度を取得することができる。
【００３３】
図１２にその効果の違いを示した。１１ａは、非つなぎ部と異なるヒートイネーブル信号が与えられる記録素子列の長さを、つなぎ部の長さと同一にしたときの補正後の吐出量分布である。１１ｂはヒートイネーブル信号が駆動信号を与える記録素子列の長さを、上記１１４、１１５、１１６の３箇所で分配したときの補正後の吐出量分布である。１１ａの補正方法では、つなぎ部と非つなぎ部で吐出量が急激に変化してしまうことがわかるが、１１ｂの補正方法では、前記吐出量の急激な変化をより小さく抑えることができる。
【００３４】
このような構成にすることにより、つなぎ部の温度低下に加えて、記録素子列が長くなることによる中央部と端部で温度差も良好に補正することが可能となる。
【００３５】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態においては、一定量のインク滴を吐出する記録素子を有する記録ヘッドを用いるインクジェット記録装置を例に採り説明したが、異なるインク量のインク滴を吐出し得る記録素子を備えた記録ヘッドにも本発明は適用可能である。さらに、使用するインクも、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックなどの外、同一色相のなかで、濃度の異なる濃淡インクなどを吐出する記録ヘッドにも本願発明は適用可能である。
【００３６】
本発明は、インクジェット記録方式の中でも、熱エネルギーを利用して流路内のインクを飛翔インク滴として吐出し、記録を行うインクジェット方式の記録ヘッドを用いた記録装置において特に優れた効果をもたらすものである。
【００３７】
さらに、記録ヘッドが装置本体に固定されているもの、あるいは記録ヘッドが装置本体に装着されることで装置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチップタイプのものにも有効である。あるいは記録ヘッド自体に一体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの記録ヘッドを用いたものなど種々の構成を有するものが知られているが、本発明はいずれの場合にも有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態に適用するインクジェット記録装置の概念構成を示す図である。
【図２】記録ヘッドの配列状態を模式的に示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態における記録ヘッドの内部構造を示す分解斜視図である。
【図４】本発明の実施形態における記録ヘッドのヒータ駆動回路を示すである。
【図５】本発明の実施形態における記録ヘッドの記録素子群（吐出口群）構成を示す図である。
【図６】本発明の実施形態における記録ヘッドの吐出口列構成を示す図である。
【図７】本発明の実施形態における記録ヘッドの吐出口列とその温度分布を示す図である。
【図８】本発明の実施形態における記録ヘッドの制御構成を示す図である。
【図９】本発明の実施形態の効果を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態の効果を示す図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態における記録ヘッドのヒータ駆動回路を示すである。
【符号の説明】
【００３９】
２１ヒータ
２２吐出口
２３液路
２４天板（流路形成部材）
６１、７２、８２非つなぎ部
６２、７１、７３、８１、８３つなぎ部
１１１，１１２，１１３温度センサ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出するための吐出口とヒータとを有する記録素子と、ヒータを駆動するためのヒータ駆動回路とを複数有し、記録媒体と相対移動することで記録を行うインクジェット記録ヘッドにおいて、
複数の記録素子で構成される記録素子群を複数有し、それらの記録素子群が、記録媒体の相対移動方向と交差する方向に配置されると共に、隣接する記録素子群の吐出口列の一部が前記相対移動方向に重なるつなぎ部を有するように配置されており、
吐出口列の中央部の記録素子に対応したヒータ駆動回路に駆動波形設定信号を与える駆動波形設定信号線とは異なる駆動波形設定信号線が前記つなぎ部の記録素子に対応したヒータ駆動回路に接続されてい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】
吐出口列の中央部、および前記つなぎ部に対応して記録ヘッドの温度を測定する温度センサが設けられてい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ヘッド。
【請求項３】
前記駆動波形設定信号線は、つなぎ部に対応したヒータ駆動回路にのみ接続されてい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ヘッド。
【請求項４】
前記異なる駆動波形設定信号線は、吐出口列の最端部の吐出口に対応したヒータ駆動回路から、つなぎ部と中央部にある前記温度センサの中間位置にある吐出口に対応したヒータ駆動回路までに接続されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
インクを吐出するための吐出口とヒータとを有する複数の記録素子で構成される記録素子群と、ヒータを駆動するためのヒータ駆動回路とを複数有し、前記記録素子群が、記録媒体との相対移動方向と交差する方向に配置されると共に、隣接する記録素子群の吐出口列の一部が前記相対移動方向に重なるつなぎ部を有するように配置されているインクジェット記録ヘッドに用いられる素子基板において、
吐出口列の中央部の記録素子に対応したヒータ駆動回路に駆動波形設定信号を与える駆動波形設定信号線とは異なる駆動波形設定信号線が前記つなぎ部の記録素子に対応したヒータ駆動回路に接続されていることを特徴とする素子基板。
【請求項６】
インクを吐出するための吐出口とヒータとを有する記録素子と、ヒータを駆動するためのヒータ駆動回路とを複数有し、記録媒体と相対移動することで記録を行うインクジェット記録装置において、
複数の前記記録素子で構成される記録素子群を複数有し、それらの記録素子群が、記録媒体の相対移動方向と交差する方向に配置されると共に、隣接する記録素子群の吐出口列の一部が前記相対移動方向に重なるつなぎ部を有するように配置されており、吐出口列の中央部の記録素子に対応したヒータ駆動回路に駆動波形設定信号を与える駆動波形設定信号線とは異なる駆動波形設定信号線が前記つなぎ部の記録素子に対応したヒータ駆動回路に接続されている記録ヘッドを有することを特徴とするインクジェット記録装置。

【図１】