JP2006312291A - 液滴吐出ユニット、及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 インクジェット記録ヘッドがインク滴を吐出している際に、各サブユニット間でのインクに作用する負圧の差異を抑制し、各サブユニット間でのインク滴の吐出性能の差異を抑制する。
【解決手段】 インクジェット記録ヘッドユニット３２では、紙幅未満の短尺のサブユニット５０が用紙幅方向へ複数配列されている。サブユニット５０はバイパス流路６２によって互いに連通されており、各サブユニット５０間でのインクの消費量に差異がある場合でも、各サブユニット５０間でのインク量の差異が抑制され、各サブユニット５０間でのインクに作用する負圧の差異が抑制されている。
【選択図】 図６

Description

本発明は、液滴をノズルから記録媒体へ吐出する液滴吐出ユニット、及びこの液滴吐出ユニットを備える画像形成装置に関する。

ノズルから記録媒体へインク滴を吐出するインクジェット記録ヘッドユニット等の液滴吐出ユニットとして、メインタンクに貯留された液体がリザーブタンクに供給されて一旦貯留されてから液滴吐出ヘッドへ供給される方式のものがある。この方式の液滴吐出ユニットでは、リザーブタンク内の液面をノズルよりも低くすることで、液滴吐出ユニット内に充填された液体に背圧（負圧）を発生させている。（例えば、特許文献１乃至３参照）。

ところで、記録領域が記録媒体の幅（搬送方向と直交する方向の長さ）以上の長尺の液滴吐出ユニットとして、記録領域が記録媒体の幅未満の短尺の液滴吐出サブユニットが記録媒体の幅方向へ複数配列された方式のものがある。この方式の液滴吐出ユニットでは、各液滴吐出サブユニット毎に、各液滴吐出サブユニットに充填された液体に負圧を発生させる機構を備える必要がある。

しかしながら、各液滴吐出サブユニットが個別に負圧発生機構を備えることにより、各液滴吐出サブユニットにおける液体の消費量に依存して、各液滴吐出サブユニット間で液体に作用する背圧が異なったり、また、製造誤差に起因して発生背圧が異なったりする。このように、ユニット毎の背圧が異なることにより、各ユニットから吐出される液滴の吐出性能（滴径、滴速）に差が生じてしまう。これによって、画質の劣化を招いていた。
特開２００４−１６０９０７号公報 特開平９−１８３２３５号公報 特開平９−２０１９８２号公報

本発明は上記事実を考慮してなされたものであり、液滴吐出ユニットが液滴を吐出している際に、各液滴吐出サブユニット間で発生するの背圧の差異を抑制し、各液滴吐出サブユニット間での液滴の吐出性能の差異を抑制することを目的とする。

請求項１に記載の液滴吐出ユニットは、液体供給路から液体を供給されてノズルから液滴を吐出する複数の液滴吐出サブユニットと、各液滴吐出サブユニット毎に設けられ、各液滴吐出サブユニットに充填された液体に負圧を発生させる複数の負圧発生手段と、を備える液滴吐出ユニットであって、複数の前記液滴吐出サブユニットを互いに連通させるバイパス流路を有することを特徴とする。

請求項１に記載の液滴吐出ユニットでは、複数の液滴吐出サブユニットが備えられており、各液滴吐出サブユニットは、各々、液体供給路から液体を供給されて、ノズルから液滴を吐出する。また、各液滴吐出ユニット毎に設けられた複数の負圧発生手段によって、各液滴吐出サブユニットに充填された液体に負圧が発生されている。

ここで、複数の液滴吐出サブユニットは互いにバイパス流路によって連通されている。このため、各液滴吐出サブユニット間で液体の消費量に差異が生じた場合、液体の消費量が少ない液滴吐出サブユニットから液体の消費量が多い液滴吐出サブユニットへ液体が流れ込んで、各液滴吐出サブユニット間での液量の差異が抑制される。これによって、各液滴吐出サブユニット間での液体に作用する負圧の差異が抑制され、各液滴吐出サブユニット間での液滴の吐出性能の差異が抑制される。

請求項２に記載の液滴吐出ユニットは、請求項１に記載の液滴吐出ユニットであって、前記バイパス流路を開閉する開閉弁と、前記ノズルから前記液滴吐出サブユニット外へ液体を吸引する吸引動作時に、前記開閉弁に前記バイパス流路を閉塞させる制御手段と、を有することを特徴とする。

請求項２に記載の液滴吐出ユニットでは、ノズルから液滴吐出サブユニット外へ液体を吸引する吸引動作時に、制御手段が開閉弁にバイパス流路を閉塞させる。このため、各液滴吐出サブユニット毎に上記吸引動作を行う場合に、吸引動作を行わない他の液滴吐出サブユニットに吸引圧が作用することがないので、吸引動作を行わない他の液滴吐出サブユニット内での気泡の発生を抑制できる。

請求項３に記載の液滴吐出ユニットは、請求項１に記載の液滴吐出ユニットであって、前記開閉弁が、複数本の前記バイパス流路をまとめて開閉することを特徴とする。

請求項３に記載の液滴吐出ユニットでは、開閉弁によって複数本のバイパス流路をまとめて開閉することで、開閉弁の個数を低減している。

請求項４に記載の液滴吐出ユニットは、請求項３に記載の液滴吐出ユニットであって、前記バイパス流路が可撓性材料で形成され、前記開閉弁が、複数本の前記バイパス流路を圧縮して閉塞し、又は展開する圧縮展開手段であることを特徴とする。

請求項４に記載の液滴吐出ユニットでは、可撓性材料で形成された複数本のバイパス流路が、圧縮展開手段によって圧縮されて閉塞され、又は展開される。これによって、複数本のバイパス流路がまとめて開閉される。

請求項５に記載の液滴吐出ユニットは、請求項１乃至４の何れか１項に記載の液滴吐出ユニットであって、前記バイパス流路が、各液滴吐出サブユニットに接続された複数本の支流と、複数本の前記支流が接続された本流と、で構成されたことを特徴とする。

請求項５に記載の液滴吐出ユニットでは、各バイパス流路に接続された支流が本流に接続されている。即ち、１ヶの液滴吐出サブユニットが他の全ての液滴吐出サブユニットと連通されている。このため、各液滴吐出サブユニット間で液体の消費量に差異が生じた場合には、液体の消費量が多い液滴吐出サブユニットには、他の全ての液滴吐出サブユニットから液体が流れ込み、全ての液滴吐出サブユニット内の液量が均一化される。従って、各液滴吐出サブユニット間での液体に作用する負圧の差異をさらに抑制でき、各液滴吐出サブユニット間での液滴の吐出性能の差異をさらに抑制できる。

請求項６に記載の液滴吐出ユニットは、請求項１乃至５の何れか１項に記載の液滴吐出ユニットであって、各液滴吐出サブユニット毎に設けられ、前記液体供給路から各液滴吐出サブユニットへの液体の流れのみを許容する一方向弁を有することを特徴とする。

請求項６に記載の液滴吐出ユニットでは、各液滴吐出サブユニット毎に設けられた一方向弁によって、液体流路から各液滴吐出サブユニットへの液体の流れのみが許容されている。このため、各液滴吐出サブユニット毎に上記吸引動作を行う場合に、液体供給路によって接続された吸引動作を行わない他の液滴吐出サブユニットに吸引圧が作用することがないので、吸引動作を行わない他の液滴吐出サブユニット内での気泡の発生を抑制できる。

請求項７に記載の画像形成装置は、請求項１乃至６の何れか１項に記載の液滴吐出ユニットと、記録媒体を前記液滴吐出ユニットに対向させて前記記録媒体と前記液滴吐出ユニットとを相対的に所定方向へ移動させる搬送手段と、を有することを特徴とする。

請求項７に記載の画像形成装置では、各液滴吐出サブユニット間での液体に作用する負圧の差異を抑制できるので、各液滴吐出サブユニット間での液滴の吐出性能の差異を抑制でき、画質を向上できる。

本発明は上記構成にしたので、液滴吐出ユニットが液滴を吐出している際に、各液滴吐出サブユニット間での液体に作用する負圧の差異を抑制でき、各液滴吐出サブユニット間での液滴の吐出性能の差異を抑制できる。

以下、図面を参照して本発明の第１実施形態について説明する。

図１には、本実施形態のインクジェット記録装置１２が示されている。インクジェット記録装置１２の筐体１４内の下部には給紙トレイ１６が備えられており、給紙トレイ１６内に積層された用紙Ｐをピックアップロール１８で１枚ずつ取り出すことができる。取り出された用紙Ｐは、所定の搬送経路２２を構成する複数の搬送ローラ対２０で搬送される。

給紙トレイ１６の上方には、駆動ロール２４及び従動ロール２６に張架された無端状の搬送ベルト２８が配置されている。搬送ベルト２８の上方には記録ヘッドアレイ３０が配置されており、搬送ベルト２８の平坦部分２８Ｆに対向している。この対向した領域が、記録ヘッドアレイ３０からインク滴が吐出される吐出領域ＳＥとなっている。搬送経路２２を搬送された用紙Ｐは、搬送ベルト２８で保持されてこの吐出領域ＳＥに至り、記録ヘッドアレイ３０に対向した状態で、記録ヘッドアレイ３０から画像情報に応じたインク滴が付着される。

記録ヘッドアレイ３０は、本実施形態では、有効な記録領域が用紙Ｐの幅（搬送方向と直交する方向の長さ）以上とされた長尺状とされ、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、サイアン（Ｓ）、及びブラック（Ｋ）の４色それぞれに対応した４つのインクジェット記録ヘッドユニット（以下、ヘッドユニットという）３２が搬送方向に沿って配置されており、フルカラーの画像を記録可能になっている。

各ヘッドユニット３２は、図示しない記録ヘッド制御手段によって制御される。記録ヘッド制御手段は、たとえば、画像情報に応じてインク滴の吐出タイミングや使用するインク吐出口（ノズル）を決め、駆動信号をヘッドユニット３２に送る構成である。

また、記録ヘッドアレイ３０は、搬送方向と直交する方向に不動とされていてもよいが、必要に応じて移動するように構成しておくと、マルチパスによる画像記録で、より解像度の高い画像を記録したり、ヘッドユニット３２の不具合を記録結果に反映させないようにしたりできる。

記録ヘッドアレイ３０の両側には、それぞれのヘッドユニット３２に対応した４つのメンテナンスユニット３４が配置されている。図２に示すように、ヘッドユニット３２に対してメンテナンスを行う場合に、記録ヘッドアレイ３０が上方へ移動し、搬送ベルト２８との間に構成された間隙にメンテナンスユニット３４が移動して入り込む。そして、ノズル面３２Ｎ（図３参照）に対向した状態で、所定のメンテナンス動作（吸引、ワイピング、キャッピング等）を行う。

図３に示すように、記録ヘッドアレイ３０の上流側には、電源３８が接続された帯電ロール３６が配置されている。帯電ロール３６は、従動ロール２６との間で搬送ベルト２８及び用紙Ｐを挟みつつ従動し、用紙Ｐを搬送ベルト２８に押圧する押圧位置と、搬送ベルト２８から離間した離間位置との間を移動可能とされている。押圧位置では、接地された従動ロール２６との間に所定の電位差が生じるため、用紙Ｐに電荷を与えて搬送ベルト２８に静電吸着させることができる。

記録ヘッドアレイ３０の下流側には、剥離プレート４０が配置されており、用紙Ｐを搬送ベルト２８から剥離させる。剥離された用紙Ｐは、剥離プレート４０の下流側で排出経路４４を構成する複数の排出ローラ対４２で搬送され、筐体１４の上部に設けられた排紙トレイ４６に排出される。

ここで、ヘッドユニット３２の構成について説明する。なお、ここでは、１個のヘッドユニット３２のみを図示して説明するが、全てのヘッドユニット３２が同様の構成である。
［第１実施形態］
図４、図５に示すように、ヘッドユニット３２は、複数のノズル５２が用紙Ｐの幅方向（搬送方向と直交する方向）へ沿って配列されたインクジェット記録ヘッドサブユニット（以下、サブユニットという）５０が、用紙Ｐの幅方向に沿って複数（本実施形態では、４ヶ）配列されて構成されている。このサブユニット５０は、用紙Ｐの幅方向に沿って延出する支持板５３の一面及び他面に交互に取付けられて、千鳥状の配列となっている。

サブユニット５０は、ノズルプレート、流路プレート、振動板（共に、図示省略）等が積層されてインク流路や圧力室が形成されたインク吐出部５０Ａと、このインク吐出部５０Ａの上に取付けられ、インク吐出部５０Ａのインク流路に連通されたインク供給部５０Ｂとで構成されている。インク吐出部５０Ａの振動板には、圧電素子が各圧力室に対応して接合されている。

また、支持板５３の上部には、用紙Ｐの幅方向へ延出したインク供給路５８が取付けられている。このインク供給路５８は、インクタンク５４（図１参照）に接続されている。また、インク供給路５８から４本のインク供給路支流６０Ａ〜Ｄが分岐しており、このインク流路支流６０Ａ〜Ｄは、インク供給路５８の下部から下方へ延出し、各サブユニット５０のインク供給部５８の上部に接続されている。即ち、インクは、図６（Ａ）に示すように、インクタンク５４から送られて共通のインク供給路５８を流れ、そして、各インク供給路支流６０Ａ〜Ｄに分かれて各サブユニット５０のインク供給部５０Ｂに流入する。

また、図４乃至図６に示すように、各インク流路支流６０Ａ〜Ｄには、負圧発生手段としての差圧弁６４が配設されている。この差圧弁６４は、ダイヤフラム弁やフロート弁等で、各サブユニット５０内に一定範囲の負圧（背圧）を発生させている。また、この差圧弁６４は、一方向弁（逆支弁）としての機能も有しており、各インク供給路支流６０Ａ〜Ｄから各サブユニット５０へのインクの流れのみを許容する。

また、各バイパス流路６２には開閉弁６６が配設されている。この開閉弁６６は、制御部６８によって制御されており、印字時などの通常時には各バイパス流路を開放し、メンテナンス時には各バイパス流路を閉塞する。

このような構成において、印字時には、図６（Ｂ）に示すように、他のサブユニット５０よりもインクの吐出量が多いサブユニット５０がある場合、このサブユニット５０には、インクが、インク供給路５８と、隣設されたインクの吐出量が少ないサブユニット５０から流入する。

即ち、各サブユニット５０間でインクの消費量に差異が生じた場合、インクの消費量が少ないサブユニット５０からインクの消費量が多いサブユニット５０へインクが流れ込んで、各サブユニット５０間でのインク量の差異が抑制される。これによって、図７のグラフに示すように、従来（図中鎖線のグラフ）と比して、各サブユニット５０間でのインクに作用する負圧の差異が抑制され、各サブユニット５０間でのインクの吐出性能の差異が抑制される。従って、画質を向上できる。

また、メンテナンス動作時には、各バイパス流路６２の開閉弁６６が閉塞するので、図６（Ｃ）に示すように、各サブユニット５０毎に吸引動作を行った場合でも、各インク流路支流６０Ａ〜Ｄでは、差圧弁６４が。各サブユニット５０からインク供給路５８へのインクの流れを塞き止め、また、各バイパス流路６２では、開閉弁６６が、吸引動作が行われていないサブユニット５０から吸引動作を行っているサブユニット５０へのインクの流れを塞き止める。

これによって、サブユニット５０内がノズル５２に形成されているメニスカス（インク液面）を破壊するほどの負圧になることを防止でき、ノズル５２から空気が吸い込まれてサブユニット５０内に気泡が発生することを防止できる。
［第２実施形態］
次に、ヘッドユニットの第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、説明は省略する。

図８に示すように、ヘッドユニット７０では、隣合うサブユニット５０を互いに連通する各バイパス流路７２が可撓性のチューブとなっており、各バイパス流路７２の長さが、サブユニット５０が配列されている方向の一側から他側へかけて次第に長くなっている。また、複数本のバイパス流路６２は、１箇所に束ねられている。

また、ヘッドユニット７０には、圧縮展開機構７４が設けられている。圧縮展開機構７４は、複数本のバイパス流路７２を間に置いて互いに対向したロール対７６と、ロール対７６を圧接させ又は離間させる接離機構７８を備える。図８（Ａ）に示すように、接離機構７８によってロール対７６が圧接されると、複数本のバイパス流路７２は、ロール対７６によって圧縮されて閉塞される。また、図８（Ｂ）に示すように、接離機構７８によってロール対７６が離間されると、複数本のバイパス流路７２は、展開状態（圧縮状態を開放された状態）になり、インクが流通可能となる。

なお、複数本のバイパス流路をまとめて閉塞する機構は、本実施形態に限られない。例えば、図９に示す開閉弁１００のように、略平行に配列された複数本のバイパス流路１０２を途中で分断し管継手１０４で接続し、この管継手１０４を回転又は上下動させることで、複数本のバイパス流路１０２をまとめて閉塞又は開放することが可能である。
［第３実施形態］
次に、ヘッドユニットの第３実施形態について説明する。なお、第１、第２実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、説明は省略する。

図１０に示すように、ヘッドユニット８０では、サブユニット５０を互いに連通させるバイパス流路８２が、バイパス流路本流８２Ｚと、バイパス流路本流８２Ｚから分岐して各サブユニット５０に接続されるバイパス流路支流８２Ａ〜Ｄで構成されている。即ち、１ヶのサブユニット５０がバイパス流路８２によって他の全てのサブユニット５０と連通されている。

このため、各サブユニット５０間でインクの消費量に差異が生じた場合には、インクの消費量が多いサブユニット５０には、他の全てのサブユニット５０からインクが流れ込み、全てのサブユニット５０内のインク量が均一化される。従って、第１、第２実施形態と比して、各サブユニット５０間でのインクに作用する負圧の差異をさらに抑制でき、各サブユニット５０間でのインク滴の吐出性能の差異をさらに抑制できる。

なお、第１乃至第３実施形態では、インクジェット記録装置を例に取って本発明を説明したが、本発明の液滴吐出ユニットは、インクジェット記録ヘッドユニットに限らず、高分子フィルムやガラス上に着色インクを吐出して行うディスプレイ用のカラーフィルターの作製、溶融状態のハンダを基板上に吐出して行う部品実装用のバンプの形成、有機ＥＬ溶液を基板上に吐出させて行うＥＬディスプレイパネルの形成、溶融状態のハンダを基板上に吐出して行う電気実装用のバンプの形成など、様々な工業的用途を対象とした液滴吐出ユニット一般に対して、適用可能である。

また、本発明の液滴吐出ユニット及び画像形成装置において画像記録の対象となる「記録媒体」には、液滴吐出ユニットが液滴を吐出する対象物であれば広く含まれる。したがって、記録媒体には、記録用紙やＯＨＰシートなどが含まれるのはもちろんであるが、これら以外にも、たとえば、配線パターン等が形成される基板などが含まれる。

また、第１乃至第３実施形態では、各サブユニット５０内のインクに負圧を発生させる機構として差圧弁６２を用いたが、インク供給路５８と各サブユニット５０との間に一端インクを貯留するリザーブタンクを設け、このリザーブタンク内のインクレベルを各サブユニット５０のノズルよりも低くすることで、各サブユニット５０内のインクに負圧を発生させる機構や、多孔体の毛細管力による負圧の発生機構等の機構も適用可能である。

また、第１乃至第３実施形態では、インク供給路５８から各インク流路支流６０Ａ〜Ｄへのインクの流れのみを許容する一方向弁として差圧弁６２を用いたが、逆止弁等の他の一方向弁も適用可能である。

さらに、第１乃至第３実施形態では、長尺状（有効な記録領域が用紙Ｐの幅以上とされた）記録ヘッドアレイを例に取って本発明を説明したが、これに限らず、短尺状の記録ヘッドアレイにも本発明を適用可能である。

本発明の実施形態のインクジェット記録装置の概略を示す図である。 本発明の実施形態のインクジェット記録装置の概略を示す図である。 本発明の実施形態のインクジェット記録装置の印字部の概略を示す図である。 本発明の第１実施形態のインクジェット記録ヘッドユニットを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態のインクジェット記録ヘッドユニットを示す斜視図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第１実施形態のインクジェット記録ヘッドユニットを示す側面図である。 本発明の第１実施形態のインクジェット記録ヘッドユニットにおける各インクジェット記録ヘッドサブユニット内のインクに作用する背圧の関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態のインクジェット記録ヘッドユニットを示す側面図である。 本発明の第２実施形態のインクジェット記録ヘッドユニットの変形例を示す側面図である。 本発明の第３実施形態のインクジェット記録ヘッドユニットを示す側面図である。

符号の説明

１２ インクジェット記録装置（画像形成装置）
２８ 搬送ベルト（搬送手段）
３２ インクジェット記録ヘッドユニット（液滴吐出ユニット）
５０ インクジェット記録ヘッドサブユニット（液滴吐出サブユニット）
５２ ノズル
６２ バイパス流路
６４ 差圧弁（負圧発生手段、一方向弁）
６６ 開閉弁
６８ 制御部（制御手段）
７０ ヘッドユニット（液滴吐出ユニット）
７２ バイパス流路
７４ 圧縮展開機構（開閉弁）
８０ ヘッドユニット（液滴吐出ユニット）
８２ バイパス流路
８２Ａ〜Ｄ バイパス流路支流（支流）
８２Ｚ バイパス流路本流（本流）
１００ 開閉弁
１０２ バイパス流路
Ｐ 用紙（記録媒体）

Claims (7)

1. 液体供給路から液体を供給されてノズルから液滴を吐出する複数の液滴吐出サブユニットと、
   各液滴吐出サブユニット毎に設けられ、各液滴吐出サブユニットに充填された液体に負圧を発生させる複数の負圧発生手段と、を備える液滴吐出ユニットであって、
   複数の前記液滴吐出サブユニットを互いに連通させるバイパス流路を有することを特徴とする液滴吐出ユニット。
2. 前記バイパス流路を開閉する開閉弁と、
   前記ノズルから前記液滴吐出サブユニット外へ液体を吸引する吸引動作時に、前記開閉弁に前記バイパス流路を閉塞させる制御手段と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ユニット。
3. 前記開閉弁が、複数本の前記バイパス流路をまとめて開閉することを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ユニット。
4. 前記バイパス流路が可撓性材料で形成され、
   前記開閉弁が、複数本の前記バイパス流路を圧縮して閉塞し、又は展開する圧縮展開手段であることを特徴とする請求項３に記載の液滴吐出ユニット。
5. 前記バイパス流路が、
   各液滴吐出サブユニットに接続された複数本の支流と、
   複数本の前記支流が接続された本流と、
   で構成されたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の液滴吐出ユニット。
6. 各液滴吐出サブユニット毎に設けられ、前記液体供給路から各液滴吐出サブユニットへの液体の流れのみを許容する一方向弁を有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の液滴吐出ユニット。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載の液滴吐出ユニットと、
   記録媒体を前記液滴吐出ユニットに対向させて前記記録媒体と前記液滴吐出ユニットとを相対的に所定方向へ移動させる搬送手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。

Images