JP2007307863A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 インク滴の飛翔経路を補正し、画像品質の低下を防止する機構を備えたインクジェット記録装置を提供する。
【解決手段】 記録媒体上を走査しながら前記記録媒体へ向けてインクを吐出し着弾させ画像を形成するインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置において、前記記録ヘッドの走査方向に、画像形成時に前記記録ヘッドと記録媒体との間に流入する気流の向きを制御することのできる可動式の気流案内部材を備える。
【選択図】 図８

Description

本発明は、インクジェット記録ヘッドから吐出したインク滴を記録媒体に着弾させることにより画像を形成するインクジェット記録装置に関する。

現在主流のインクジェット記録装置において、インクジェット記録ヘッドは台座、フレキシブル配線、コンタクト基板、タンクホルダーとこれに着脱自在に固定されるインクタンク等からなるヘッドカートリッジに組みつけられ、前記ヘッドカートリッジはさらに主走査方向へ往復運動可能なキャリッジに組みつけられている。上記構成により記録ヘッドは記録媒体を走査しながら画像データに応じて所定のタイミングでインクを吐出し画像を形成する。

近年ではインクジェット記録装置の高速・高画質化を狙い、インクジェット記録ヘッドから単位時間あたりに吐出されるインク滴の数（以下これをプリントデューティーと呼ぶ）が増加してきている。

従来例としては、例えば特許文献１と特許文献２をあげることが出来る。
特開２００２−３３７３１８号公報 特開２００５−７６６０号公報

本願発明者は、上記インクジェット記録装置の高速・高画質化を実現するために詳細な検討を行った結果、次に述べるような技術課題を認識した。すなわちまず、上記インクジェット記録装置においては画像形成動作時に、上記記録ヘッドから記録媒体に向けて吐出されたインク滴が飛翔運動時に各々の近傍の空気を巻き込むため、記録ヘッド−記録媒体間の空気に流れを引き起こす。また上記ヘッドカートリッジが往復運動する際に周囲の空気が側面にぶつかり、その一部が記録ヘッド−記録媒体間に流れ込む。さらに上記往復運動の際の記録ヘッドと記録媒体の相対運動により、記録ヘッド−記録媒体間の空気にせん断流れが発生する。以上に述べた機構により発生する空気の流れの総和として、比較的大きな気流が記録ヘッド−記録媒体間に発生することになる。この気流により、インク滴の飛翔経路が曲げられて着弾位置がずれ、画像品質の低下を招く。

このとき複数並んだ吐出ノズル列の両端部分に近いノズルから吐出されたインク滴ほど上記気流の影響を強く受け、ノズル列に沿って内側に着弾位置がずれる傾向にあり、その結果画像欠陥である白筋が発生する。また高速・高画質化を狙いプリントデューティーを増加させるほど上記気流の画像品質への影響が大きくなる。

（本発明の目的）
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、その目的は記録ヘッド−記録媒体間の気流の向きを好適に制御することによりインク滴の飛翔経路を補正し、画像品質の低下を防止する機構を備えたインクジェット記録装置を提供することである。

上記課題を解決するために本願請求項１に記載の発明では、前記記録ヘッドの主走査方向に、記録動作中に記録ヘッドと記録媒体との間に流入する気流の向きを制御することのできる可動式の気流案内部材を設けた。

気流の影響によって生じる着弾位置のずれはプリントデューティーなどによって逐時変化する。この変化に応じて、気流案内部材を変動させ記録ヘッド−記録媒体間へ流入する空気の向きをノズル列方向外側に開くように制御することができるようにした。その結果、前記ノズル列の両端部分から吐出されたインク滴の飛翔経路をノズル列方向外側に補正し、上記インク滴の着弾位置が内側にずれることによる画像欠陥である白筋の発生を防ぐことが可能である。これにより、プリントデューティーなどの変化に対しても安定して高い画像品質が得られるようになる。

以上説明したように、本発明によればインク滴の着弾位置が内側にずれることによる画像欠陥である白筋の発生を、プリントデューティーの変化に対しても安定して防止することが可能である。

その結果、高品質の画像形成を高速かつ高い信頼性をもって行うことを可能にしている。

以下添付図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

［インクジェット記録ヘッド］
図１は本発明によるインクジェット記録ヘッドの一例の主要部を表す斜視図であり、図２は前記記録ヘッドが記録媒体と対向する面を記録媒体側から見た図であり、以下の説明ではこれを上面図と呼ぶことにする。また図３は前記図２におけるＡ−Ａ´断面図である。本実施例におけるインクジェット記録ヘッドには、記録用インクを吐出する吐出口５の列が、インク供給口７の両側に1列ずつ設けられ、それぞれの列において前記吐出口は４２．３μｍ間隔（６００ｄｐｉ相当）で並んでいる。これら吐出口それぞれに連通して液流路が設けられ、各液流路はインク供給口７に向かってさらにその先に、全ての液流路が一つに合流する共通液室へと連通し、共通液室はインク供給路７へと連通している。図３に示すように、記録用インクは毛細管現象によりインク供給口７から共通液室を経由し、分岐して各々のノズルの液流路へと供給され、さらに液面が各々の吐出口面の高さと同等になるまで満たされ、液面自身の表面張力もしくは液面をインク供給口７方向へ引き戻す負圧により、液面は吐出口外部にあふれることなく保持される。また前記各液流路の途中には電熱素子が設けられ、電気的に接続された駆動回路より印加された電圧パルスにより熱を発生させることでインクに膜沸騰を生じさせ、気泡の生成圧力によって前記吐出口の外部へと記録用インクを吐出させることができる。

前記インクジェット記録ヘッドは、電熱素子８ならびに駆動回路と配線を作製したシリコン基板１上に溶解可能な樹脂層を塗布し、溶解可能な樹脂層上に被服樹脂層２を形成し、該被服樹脂層表面に酸素プラズマ耐性の高い材料でインク吐出口パターンと共に蒸発口パターンをフォトリソグラフィーにより形成し、該吐出口パターンと該蒸発口パターンをマスクとして酸素プラズマで被服樹脂層をドライエッチングしインク吐出口ならびに蒸発口を形成し、強アルカリによる異方性エッチングによりインク供給口７と溶媒供給口６をそれぞれ前記Ｓｉ基板の吐出口と反対側の面まで貫通する形で形成した後、前記溶解可能な樹脂層を溶出して吐出口とインク供給口７を結ぶインク流路を形成する工程により、１つのチップとして作製される。

［ヘッドカートリッジ］
図4に示すように、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の各色ヘッド１１〜１４が用意され、アルミナ台座１０上に、吐出口列が記録媒体を走査する方向と直角になるように、走査方向に沿って接着される。アルミナ台座内には各ヘッドのインク供給口７へ連通するインク流路１５〜１８が形成される。

図５、図６に示すように、前記アルミナ台座１０はタンクホルダー２０に接着され、前記アルミナ台座内のインク流路１５〜１８はそれぞれ、前記タンクホルダーにおける各色インクタンク接続口３１〜３４に連通する。

図５に示すように、各チップ上に形成された配線は、フレキシブル配線２２を介してコンタクト基板２１と電気的に接続される。前記コンタクト基板はタンクホルダー２０に接着固定される。

図６に示すように、タンクホルダー２０にはインクタンク４１〜４４が着脱自在に取り付けられ、前記インクタンク下面の開口部はインクタンク接続口３１〜３４にそれぞれ接続され、インクが前記ヘッドへと供給される。

これ以降、各色ヘッド１１〜１４、アルミナ台座１０、およびタンクホルダー２０にインクタンク４１〜４４を含めた構成の全体４６を、ヘッドカートリッジと呼ぶことにする。

［気流案内部材］
図７は本発明によるヘッドカートリッジの一例を示す２面図である。上図は上記ヘッドカートリッジを記録媒体と平行かつ主走査方向と直角方向から見たものでこれを側面図とする。下図は上記ヘッドカートリッジの記録媒体と対抗する面を記録媒体側から見たものでこれを上面図とする。上記ヘッドカートリッジにおいては、その構成部材のひとつであるタンクホルダー２０において記録ヘッドが記録媒体を走査する方向の両側に気流案内部材としてフィン５０が五個づつ設けられる。前記フィンは、前記ヘッドカードリッジ内部に設けられたサーボモーター５３の回転変位により変動させることができる。

［気流の制御］
プリントデューティーが低い駆動状態では、記録ヘッドと記録媒体間に流れ込む気流は、前記ヘッドの走査方向に平行な整流であることで着弾位置を安定させることができるため、フィンは図７のような状態を維持する。一方、プリントデューティーが高い駆動状態では、記録ヘッドと記録媒体間へ流入する空気の向きをノズル列方向外側に開くように制御するためフィンは図８のような状態へ変動する。その結果、前記ノズル列の両端部分から吐出されたインク滴の飛翔経路をノズル列方向外側に補正し、上記インク滴の着弾位置が内側にずれることによる画像欠陥である白筋の発生を防ぐことが可能である。このように、プリントデューティーの変化に応じて前記フィンによる補正の効果の強さを最適なものに制御し続けることにより、プリントデューティーの変化に対しても安定して高い画像品質が得られるようになる。

［気流案内部材の駆動方法］
サーボモーター５３の回転変位量は図１０のブロック図に示すような信号処理回路により制御される。すなわち、パラレルＩ／Ｆ６０を通じてホストから送られてきた画像データはまずＡＳＩＣ６１で吐出イベントデータに変換され、続いて該イベントデータに基づいてＣＰＵ６２でプリントデューティーを計算し、該プリントデューティーのデータはROM６３内にあらかじめ用意されたテーブルにより、上記フィンのなす角度を、上記フィンによる補正がプリントデューティーに対して最適なものに調節できる回転変位量を得られるような駆動信号に対応付けられ、該駆動信号はASICへ送られた後、サーボモータードライバー６４を通じてサーボモーター６５を駆動し、所望の回転変位量が発生する。以上の構成により、プリントデューティーの変化に応じて変動量を最適なものに保つことができる。

［インクジェット記録装置本体］
図９は本発明によるインクジェット記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置の一例を示す破断斜視図である。インクジェット記録装置のシャシー１００は所定の剛性を有する複数の板状金属部材により構成され、このインクジェットプリンタの骨格をなす。

［記録媒体搬送系］
シャシー１００には、図示しない記録媒体を保持する記録媒体保持部１０１と、前記記録媒体を搬送部へと送り、さらに搬送部においてキャリッジ１０３の1回の走査に対して所定量だけ図中Ａ方向へと前記記録媒体を送ることのできる搬送用ローラー１０４と、所定の記録が行われた後、前記記録媒体を排出する排出用ローラー１０５と、排出した記録媒体を保持するトレイ１０６を備える。前記搬送用ローラーは搬送用モーター１０７によりギヤ１０８を介して駆動される。

［回復部］
またシャシー１００には回復部１０９が設けられ、非記録時に記録ヘッドの吐出面をキャッピングして溶媒の蒸発を防ぐほか、記録ヘッドの吐出面をキャッピングした状態で吸引し、休止時間中に溶媒の蒸発により増粘した吐出ノズル内インクの除去や、記録ヘッドの流路内に溜まった気泡の排出を行うことができる。

［キャリッジ］
図中キャリッジ１０３は、プーリーとベルトを介してキャリッジ駆動モーター１１０により、ガイドシャフト１１１に沿って記録ヘッド走査のための往復運動（図中Ｂ方向）を行うことができる。また前記キャリッジには、ヘッドカートリッジ４６が着脱自在に装着される。このとき前記ヘッドカートリッジは、前記キャリッジに組みつけられた金属端子を介し、電気的に接続される。

［リニアエンコーダー］
キャリッジ１０３の移動範囲には、１インチの間に１２００個の目盛りが等間隔で刻まれたリニアスケール１１２が設けられている。また、前記キャリッジにはリニアエンコーダー１１３が設けられ、前期リニアエンコーダーの発光部から発せられた光は前記リニアスケール上の目盛りによって反射と透過を繰り返し、この光信号は上記リニアエンコーダーの受光部で検知され、図示しない信号処理回路により前記キャリッジの移動位置または移動速度を表す電気信号へと変換され、この情報に基づき、上記キャリッジの移動や記録ヘッドの吐出タイミングの制御が行われる。例えばインク吐出タイミングの制御では、キャリッジの移動による記録ヘッドの走査に伴い、記録ヘッドのドライバに対して所定の吐出タイミング信号を出力し、これに応じて記録ヘッドからインク吐出を行うことにより、記録媒体の所定の位置に所定の画像データに対応するドットを形成することができる。このとき例えば、目盛りを検知する度に吐出を行ってドット形成を行うようにした場合、主走査方向に１２００ｄｐｉの解像度で記録を行うことができる。

なお、以上説明した実施例は全て、電熱素子により発生させた熱エネルギーによりインクに気泡を生じさせ、その気泡の生成圧力によりインクを吐出する方式のインクジェット記録ヘッドおよびこれを用いたインクジェット記録装置であるが、本発明の適用はこの方式を用いた場合に限られず、例えば圧電素子の変位によりインクを吐出する方式のインクジェット記録ヘッドおよびこれを用いたインクジェット記録装置にも適用することができる。なぜなら圧電素子を用いたインクジェット記録ヘッドにおいても、前記インク滴の着弾位置が内側にずれることによる画像欠陥である白筋の発生が問題となるからである。

本発明の一実施例であるインクジェット記録装置の一部をなすインクジェット記録ヘッドの斜視図である。 本発明の一実施例であるインクジェット記録装置の一部をなすインクジェット記録ヘッドの平面図である。 本発明の一実施例であるインクジェット記録装置の一部をなすインクジェット記録ヘッドの断面図である。 本発明の一実施例であるインクジェット記録装置の一部をなすインクジェット記録ヘッドとアルミナ台座周辺の分解斜視図である。 本発明の一実施例であるインクジェット記録装置の一部をなすヘッドカートリッジをコンタクト基板側から見た斜視図である。 本発明の一実施例であるインクジェット記録装置の一部をなすヘッドカートリッジをインクタンク側から見た斜視図である。 本発明の一実施例であるインクジェット記録装置の一部をなすヘッドカートリッジの２面図である。 本発明の一実施例であるインクジェット記録装置の一部をなすヘッドカートリッジの２面図である。 本発明の一実施例であるインクジェット記録装置の主要部を表す破断斜視図である。 本発明の一実施例であるインクジェット記録装置の一部をなす気流案内部材であるフィンの角度を制御する信号処理回路を表すブロック図である。

符号の説明

１ Ｓｉ基板
２ 被服樹脂層
５ 吐出口
７ インク供給口
８ 電熱素子
１０ アルミナ台座
１１〜１４ 各色記録ヘッド
１５〜１８ 各色インク流路
２０ タンクホルダー
２１ コンタクト基板
２２ フレキシブル配線
３１〜３４ 各色インクタンク接続口
４１〜４４ 各色インクタンク
４６ ヘッドカートリッジ
５０ 気流案内部材（フィン）
５３ サーボモーター
６０ パラレルＩ／Ｆ
６１ ＡＳＩＣ
６２ ＣＰＵ
６３ ＲＯＭ
６４ サーボモータードライバー
６５ サーボモーター
１００ シャシー
１０１ 記録媒体保持部
１０３ キャリッジ
１０４ 搬送用ローラー
１０５ 排出用ローラー
１０６ トレイ
１０７ 搬送用モーター
１０８ ギヤ
１０９ 回復部
１１０ キャリッジ駆動モーター
１１２ リニアスケール
１１３ リニアエンコーダー

Claims (3)

1. インクが吐出される吐出口と、インクが供給される供給口と、前記吐出口と供給口を連通する液流路と、前記液流路内のインクにエネルギーを与えて前記吐出口からインクを吐出させる、前記液流路内に設けられたエネルギー発生部とを有する吐出ノズルを複数備え、記録媒体上を走査しながら上記インクを上記記録媒体へ向けて吐出し着弾させ画像を形成するインクジェット記録ヘッドと、上記記録ヘッドが台座、配線、基板、インクタンク、タンクホルダーとともに組みつけられるヘッドカートリッジと、前記ヘッドカートリッジを固定し往復運動可能にするキャリッジを備えたインクジェット記録装置において、
   記録動作時に前記記録ヘッドと記録媒体との間に流入する気流の向きを制御することのできる気流案内部材を記録ヘッドの走査方向に備え、前記気流案内部材が可動式であることを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記気流案内部材は、プリントデューティーに応じて変動させることが可能であ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装置。
3. 前記気流案内部材は、複数のフィンからなることを特徴とする請求項１ないし請求項２に記載のインクジェット記録装置。

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