JP2008200950A - 液体吐出ヘッドおよび画像形成装置、液体吐出方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】吐出動作の安定化を図りつつサテライトの発生を防止し、飛翔方向のずれを防止する液体吐出ヘッドおよび画像形成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】
液体流路に対応するノズルを備えた液体吐出ヘッドにおいて、前記ノズルの内部に配置され、前記ノズルの中心軸を中心に軸対称な構造であり、柱形状の第1構造部と前記ノズルの吐出口方向に向かって断面積が減少して先端部を備える第2構造部とからなり、前記第1構造部と前記第2構造部の境界部分の断面積が等しい構造体を有すること、を特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】
液体流路に対応するノズルを備えた液体吐出ヘッドにおいて、前記ノズルの内部に配置され、前記ノズルの中心軸を中心に軸対称な構造であり、柱形状の第1構造部と前記ノズルの吐出口方向に向かって断面積が減少して先端部を備える第2構造部とからなり、前記第1構造部と前記第2構造部の境界部分の断面積が等しい構造体を有すること、を特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、液体吐出ヘッドおよび画像形成装置、液体吐出方法に係り、特に、インクジェット方式の画像形成装置に用いられる液体吐出ヘッドに関する。
インクジェット方式の画像形成装置に用いられる液体吐出ヘッドに関する従来技術として、以下の特許文献1の発明が存在する。図14は特許文献1の発明の液体吐出ヘッドのノズル213の近傍における図であり、図15は特許文献1の発明の液体吐出ヘッドのノズル213におけるインクの吐出の様子を表す図である。図14、図15に示すように、断面が実質的に円環状をなすスリット状穴部213Aから円筒状にインクが吐出し、それが表面張力によって球状にまとまって飛翔液滴217を形成し着弾する。これにより、表面張力圧の向上による、液切れの促進およびリフィルの促進が図られるとする。
特開平8−1930号公報
しかしながら、特許文献1の発明には、次のような問題がある。スリット状穴部213Aから円筒状にインクが吐出しようとするため、スリット状穴部213Aにインクの目詰まりが生じやすく、また、吐出に際して大きな力を要することから、吐出動作が不安定になるという問題がある。
また、中空円筒状に吐出されるため、飛翔液滴217内への気泡の巻き込みが著しく、主滴と同等サイズのサテライトを生成してしまう可能性が高くなるという問題がある。
また、ノズル213中心(液滴飛翔軸中心)からスリット状穴部213Aまでの距離δ0(図14(b)参照)の精度がある程度要求される事になる。そのため、スリット形成構造体216の加工精度等に起因して、スリット状穴部213Aの吐出面内での吐出速度の微小な誤差が生じ、飛翔方向ずれに大きく影響するおそれがあるという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、吐出動作の安定化を図りつつサテライトの発生を防止し、飛翔方向のずれを防止する液体吐出ヘッドおよび画像形成装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、液体流路に対応するノズルを備えた液体吐出ヘッドにおいて、前記ノズルの内部に配置され、前記ノズルの中心軸を中心に軸対称な構造であり、柱形状の第1構造部と前記ノズルの吐出口方向に向かって断面積が減少して先端部を備える第2構造部とからなり、前記第1構造部と前記第2構造部の境界部分の断面積が等しい構造体を有すること、を特徴とする。
本発明によれば、構造体の第2構造部が境界部分からノズルの吐出口の方向に向かって断面積が減少して先端部を備える形状であることからノズルの吐出口の面積を大きく確保できるので、ノズルの吐出口での目詰まりが生じず、また、吐出力も小さく済む。また、ノズルの吐出口から突出する液体により形成される液柱の形状が円柱状となり、液柱内への気泡の巻き込みが生じない。また、第1構造部の先端部の断面積は非常に小さいため、当該先端部の加工精度により液滴の飛翔方向が影響を受けることは小さい。
前記目的を達成するために、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記先端部の位置と前記ノズルの吐出口の位置とが略一致していること、を特徴とする。
本発明によれば、先端部の位置とノズルの吐出口の位置とが略一致しているので、より確実にノズルの吐出口の面積を大きく確保できるので、ノズルの吐出口での目詰まりが生じず、また、吐出力も小さく済む。また、より確実にノズルの吐出口から突出する液体により形成される液柱の形状が円柱状となり、液柱内への気泡の巻き込みが生じない。
前記目的を達成するために、請求項3に記載の発明は、請求項1または2の液体吐出ヘッドにおいて、前記構造体は、前記境界部分の外周に形成され、前記ノズルの吐出口から液体を突出させて液柱を形成した後に前記液柱の一部を前記ノズル内に引き込む時に前記液柱の一部の表面を引き留め、その後前記液柱の一部を前記ノズル内から押し出す時に前記液柱の一部の表面を開放する角部を備えること、を特徴とする。
本発明によれば、液柱がその表面の曲率が最大となる部分で分割することにより液滴が飛翔するので、液柱を早い段階で切断して液滴を飛翔させることができる。
前記目的を達成するために、請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか1つの液体吐出ヘッドにおいて、前記第2構造部の側面における前記境界部分から前記先端部の方向の接線と前記ノズルの中心軸とのなす角をθ1、前記ノズルの内面と前記ノズルの中心軸を含む断面とのなす角をθ2、とするときに、0°≦θ2<θ1<90°の条件を満たすこと、を特徴とする。
本発明によれば、ノズルの吐出口から液体を突出させて液柱を形成した後に液柱の一部をノズル内に引き込む時に、より確実に液柱の一部の表面を引き留めることができる。
前記目的を達成するために、請求項5に記載の発明は、請求項4の液体吐出ヘッドにおいて、前記第1構造部の側面と前記ノズルの中心軸を含む断面とのなす角をθ3とするときに、θ3<θ2の条件を満たすこと、を特徴とする。
本発明によれば、ノズル内の流れが吐出軸中心に向かい吐出効率が良くなる。
前記目的を達成するために、請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれか1つの液体吐出ヘッドにおいて、前記液体流路内の液体を加圧して前記ノズルの吐出口から液滴を吐出させる加圧手段を有すること、を特徴とする。
本発明によれば、サテライトの発生を防止することができる。
前記目的を達成するために、請求項7に記載の発明は、画像形成装置において、請求項1乃至6のいずれか1つの液体吐出ヘッドを有すること、を特徴とする。
前記目的を達成するために、請求項8に記載の発明は、液体吐出方法において、ノズルの内部に配置され、前記ノズルの中心軸を中心に軸対称な構造であり、柱形状の第1構造部と前記ノズルの吐出口方向に向かって断面積が減少して先端部を備える第2構造部とからなり、前記第1構造部と前記第2構造部の境界部分の断面積が等しい構造体の前記境界部分の外周に形成される角部が、前記ノズルの吐出口から液体を突出させて液柱を形成した後に前記液柱の一部を前記ノズル内に引き込む時に前記液柱の一部の表面を引き留め、その後前記液柱の一部を前記ノズル内から押し出す時に前記液柱の一部の表面を開放することにより、前記液柱が分割して液滴を吐出すること、を特徴とする。
本発明の液体吐出ヘッドおよび画像形成装置によれば、吐出動作の安定化を図りつつサテライトの発生を防止し、飛翔方向のずれを防止することができる。
以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。
〔ノズル近傍の説明〕
図1は、本発明の液体吐出ヘッドの一例である記録ヘッドのノズル近傍の図であり、(a)が上面図であり、(b)が(a)に示すb−b断面図(インクの吐出方向の断面)であり、(c)が中心構造体16のインクの吐出方向における詳細な断面図である。
図1は、本発明の液体吐出ヘッドの一例である記録ヘッドのノズル近傍の図であり、(a)が上面図であり、(b)が(a)に示すb−b断面図(インクの吐出方向の断面)であり、(c)が中心構造体16のインクの吐出方向における詳細な断面図である。
図1(b)に示すように、ノズル13の近傍にはノズルプレート11と流路形成基板12を有し、ノズルプレート11には断面がテーパ形状のノズル13が形成され、ノズルプレート11に接合する流路形成基板12によりノズル13まで流路14が形成されている。
そして、本発明の特徴として、ノズル13内部に中心構造体16を有している。本実施形態における中心構造体16は、図1(b)に示すようにインクの吐出方向における断面がホームベース形状の五角形に形成されている。具体的には、図1(c)に示すように、中心構造体16はノズル13の中心軸13Bを中心に軸対称に形成され、第1構造として円柱部16Aと、第2構造として円錐部16Bにより構成されている。
円錐部16Bはノズル13の吐出口13A方向に向かって先端部16Cが形成されるように配置され、先端部16Cの位置とノズル13の吐出口13Aの位置を一致させている。なお、本実施形態では先端部16Cの位置とノズル13の吐出口13Aの位置を一致させているが、先端部16Cの位置はノズル13の吐出口13Aの位置よりノズル13の内部側に配置していてもよい。
また、円錐部16Bの底面の断面積は円柱部16Aの断面積に等しく、円柱部16Aと円錐部16Bの境界部分の外周に角部16Dが形成されている。
なお、中心構造体16と他の構成部品との連結の仕様を図2に示す。図2(a)に示すように中心構造体16とノズルプレート11を連結部17で連結してもよく、また、図2(b)に示すように中心構造体16と流路形成基板12を連結部18で連結してもよい。あるいは、図2(c)のように中心構造体16と後述する振動板156と接合させてもよい。後述するように、振動板156には個別電極157を備えたアクチュエータ158(加圧手段)が接合されている。
次に、本発明の記録ヘッドのノズル13の近傍における作用について説明する。図3は、ノズル13における液体の吐出の様子の詳細図である。また、図4は、本発明の記録ヘッドのノズル13からのインクの吐出動作を行うためにアクチュエータ158が圧力室152(図9参照)内のインクに入力する圧力波形を示す図であり、横軸の時間tに対して縦軸が圧力Pを示している。図4に示す圧力波形より、本発明の記録ヘッドの吐出動作の駆動は、「引き−押し−引き−押し」の順に行われる。
まず、図4の最初の「引き」の駆動時には、ノズル13および流路14内のインクは負圧の状態になっており、図3(a)に示すようにインクのメニスカスの位置がノズル13の吐出口13A付近で維持されている。次に、図4の最初の「押し」の駆動にすると、ノズル13および流路14内のインクが加圧され、図3(b)に示すようにインクのメニスカスの位置がノズル13の吐出口13Aの位置から盛り上がり突出して液柱19を形成する。
次に、図4に示すように再び「引き」の駆動にすると、図3(c)に示すようにノズル13の吐出口13A付近の液柱19の一部が、ノズル13内へと引き込まれる。そして、さらに「引き」の駆動を続けるとノズル13内へ引き込まれた液柱19の一部が、図3(d)に示すように、中心構造体16の角部16Dの位置を越えて流路14内まで引き込まれる。するとこの時、角部16Dの位置で液柱19の表面が擬似的に一旦留められる。すなわち、中心構造体16の角部16Dが液柱19の表面の近傍の流れを静止させるバックチェックの役割を果たす。
次に、図4に示すように再び「押し」の駆動にすると、流路14内まで引き込まれた液柱19の一部が再び中心構造体16の角部16Dの位置を越えて、ノズル13の吐出口13A側に押し出される。するとこの時、図3(e)に示すように、図3(d)で一旦留められた液柱19の表面が開放される。そして、液柱19のAで示される部分が持ち上がり、Bで示され部分の表面の曲率が大きくなる。また、この時全体として液柱19が上向きに持ち上がるため、Bで示される部分のインクの表面と液柱内部の流体の相対速度がゼロに接近する。
ここで、インクの粘度をμ、Bで示される部分の液柱の表面と内部の流体の相対速度をV、インクの表面張力をγとすると、毛管数CaはCa=(μ×V)/γで表すことができる。そのため、Bで示される部分の液柱の表面と内部の流体の相対速度がゼロに接近すると、毛管数Caがゼロに近づく。したがって、粘性摩擦力よりも表面張力の支配力が上回り液柱19がBの部分で分割しインク滴が飛翔することから、図3(f)に示すように、液柱19を早い段階で切断してインク滴を飛翔させることができる。
以上のような作用を行う本発明の記録ヘッドによれば、ノズル13の吐出口13Aの面積を大きく確保することができるので、インクの目詰まりの防止を図ることができる。
また、インクの液柱19を流路14側に引き込む際にインクの液柱19と空気の境界面である気液界面の面積が最小になる時であっても、気液界面の面積を大きく確保できるので、吐出に必要な駆動力を小さく抑えることができる。
また、中心構造体16の先端部16Cが先細のため、後述するような個別電極157を備えたアクチュエータ158で流路14内のインクを加圧することによりノズル13の吐出口13Aの面から液柱19が伸び始める際に円柱状になり、液柱19内への気泡の巻き込みがなく、サテライトの発生を防止できる。
また、本実施形態ではノズル13の吐出口13A側に、中心構造体16の先端部16Cを配置している。そのため、ノズル213中心(液滴飛翔軸中心)からスリット状穴部213Aまでの距離δ0(図14(b)参照)に対応する距離は非常に小さい。したがって、中心構造体16の加工精度による飛翔方向ずれの影響は小さくなる。
ここで、図5にインク吐出のシミュレーション結果を示す。図5(a)は中心構造体が存在しないノズル近傍の場合を示し、図5(b)は特許文献1と同等のノズル近傍の場合を示し、そして、図5(c)に本発明のノズル近傍の場合を示す。
条件としては、液柱先頭がノズル面からおよそ250[μm]進んだ時点でのインクの状態をシミュレートする。また、液物性はいずれも同じ(密度1100kg/m3、粘度10cP、表面張力34mN/m)であり、ノズル下面からは同一体積速度(最大振幅約8pl/μs)をノズルの開口面積(中心構造体の部分の面積を除く)で割った「引き−押し−引き−押し」の線速度波形を与えている。
図5(a)に示すように、中心構造体がないノズルの場合には、液柱319はまだメニスカスから切り離されていない。これが切り離される際には(メニスカスに近い部分の液柱が極細になるため)複数のミストが発生してしまう。また、液柱自体が長いため、この後サテライトが多く発生してしまう。
図5(b)に示すように、特許文献1と同等のノズルの場合には、液柱219は既にメニスカスから切り離されている。しかし、液柱内への気泡αの巻き込みが著しく、これにより、主滴と同等サイズのサテライトに複数分裂してしまう。また、分裂後も各液滴内には気泡αが内在したままである。
一方、図5(c)に示すように、本発明のノズル13の場合には、液柱19は既にメニスカスから切り離されている。しかも、液柱19内へ気泡を巻き込むこと無く、液柱19の早期切断が実現していることがわかる。
なお、図6に本発明の中心構造体とノズルのテーパ部の角度の関係図を示す。仮に、中心構造体16の円錐部16Bの傾斜角度θ1(円錐部16Bの側面において円柱部16Aとの境界部分から先端部16Cの方向の接線とノズル13の中心軸13Bとのなす角)と、ノズル13のテーパ部の傾斜角度θ2(ノズル13の内面とノズル13の中心軸13Bを含む断面のなす角度)の大小関係をθ1≦θ2とすると、中心構造体16の表面に液膜が連続的に厚く残存し、角部16Dにおいて液柱19の表面を擬似的に一旦留められなくなる。また、θ1≧90°であると、インクの液柱19やノズル13内のインクへの気泡の巻き込みが懸念される。なお、ノズル13にテーパ部が形成されていなくて(θ2=0°)もよい。以上より、0°≦θ2<θ1<90°の関係を満たすことが望ましい。
さらに、加工の容易性やノズルイナータンスの観点より、10°≦θ2<60°<θ1<80°の関係を満たすことが望ましい。
また、中心構造体16の直径dは、液柱19から切断直後に形成される液滴の直径よりも大きくすることが望ましい。また、中心構造体16の角部16Dは、ノズル13の厚みの範囲内に位置していることが望ましい。
また、図7に示すように、中心構造体16の円柱部16Aの側面に傾斜角度θ3(円柱部16Aの側面とノズル13の中心軸13を含む断面とのなす角)を持たせてもよい。なお、θ3<θ2の関係を有することが望ましい。ノズル13内の流れが中心軸13Bに向かい吐出効率が良くなるからである。
また、中心構造体16の先端部16Cは本実施形態のように尖鋭化したものではなくでも、フラット領域(1μm以内が望ましい)を設けたり、角取りを行ってRを付けてもよい。また、中心構造体16の円錐部16Bの部分を円錐形ではなく、半球面形状としてもよい。
また、中心構造体16の先端部16Cはノズル13の吐出口13Aが形成されるノズルプレート11の吐出面11Aから、多少ノズル13内部に入り込んでいても飛び出していてもよい。一例として、ノズルプレート11の厚みが20μmの場合には吐出面11Aに対する先端部16Cの高さの許容範囲は±5μmである。
〔ヘッドの構造〕
次に、前記のようなノズル近傍の特徴を有する本発明の記録ヘッド(以下、ヘッドという)の構造について説明する。色別の各ヘッド(112K、112C、112M、112Y)の構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号150によってヘッドを示すものとする。
次に、前記のようなノズル近傍の特徴を有する本発明の記録ヘッド(以下、ヘッドという)の構造について説明する。色別の各ヘッド(112K、112C、112M、112Y)の構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号150によってヘッドを示すものとする。
図8(a)はヘッド150の構造例を示す平面透視図であり、図8(b) はその一部の拡大図である。また、図8(c) はヘッド150の他の構造例を示す平面透視図、図9は1つの液滴吐出素子(1つのノズル13に対応したインク室ユニット)の立体的構成を示す断面図(図8(a) 中の9−9線に沿う断面図)である。なお、便宜上、図8(a),(c)においては前記の中心構造体16の図示を省略している。
記録紙上に印字されるドットピッチを高密度化するためには、ヘッド150におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例のヘッド150は、図8(a),(b) に示したように、インク吐出口であり前記の中心構造体16を備えるノズル13と、各ノズル13に対応する圧力室152等からなる複数のインク室ユニット(液滴吐出素子)153を千鳥でマトリクス状に(2次元的に)配置させた構造を有し、これにより、ヘッド長手方向(紙送り方向と直交する方向)に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔(投影ノズルピッチ)の高密度化を達成している。
記録紙の送り方向と略直交する方向に記録紙の全幅に対応する長さにわたり1列以上のノズル列を構成する形態は本例に限定されない。例えば、図8(a) の構成に代えて、図8(c) に示すように、複数のノズル13が2次元に配列された短尺のヘッドモジュール150’を千鳥状に配列して繋ぎ合わせることで記録紙の全幅に対応する長さのノズル列を有するラインヘッドを構成してもよい。
各ノズル13に対応して設けられている圧力室152は、その平面形状が概略正方形となっており(図8(a),(b) 参照)、対角線上の両隅部の一方にノズル13への流出口が設けられ、他方に供給インクの流入口(供給口)154が設けられている。なお、圧力室152の形状は、本例に限定されず、平面形状が四角形(菱形、長方形など)、五角形、六角形その他の多角形、円形、楕円形など、多様な形態があり得る。
図9に示したように、ヘッド150はノズルプレート11と流路形成基板12とから形成されている。そして、流路形成基板12には圧力室152、供給口154、共通流路155などが形成されている。各圧力室152は供給口154を介して共通流路155と連通されている。共通流路155はインク供給源たるインクタンク(不図示)と連通しており、インクタンクから供給されるインクは共通流路155を介して各圧力室152に分配供給される。
圧力室152の一部の面(図9において天面)を構成している加圧板(共通電極と兼用される振動板)156には個別電極157を備えたアクチュエータ158が接合されている。個別電極157と共通電極間に駆動電圧を印加することによってアクチュエータ158が変形して圧力室152の容積が変化し、これに伴う圧力変化により中心構造体16を備えるノズル13からインクが吐出される。なお、アクチュエータ158には、チタン酸ジルコン酸鉛やチタン酸バリウムなどの圧電体を用いた圧電素子が好適に用いられる。インク吐出後、アクチュエータ158の変位が元に戻る際に、共通流路155から供給口154を通って新しいインクが圧力室152に再充填される。
上述した構造を有するインク室ユニット153を図10に示す如く主走査方向に沿う行方向及び主走査方向に対して直交しない一定の角度θを有する斜めの列方向とに沿って一定の配列パターンで格子状に多数配列させることにより、本例の高密度ノズルヘッドが実現されている。
すなわち、主走査方向に対してある角度θの方向に沿ってインク室ユニット153を一定のピッチdで複数配列する構造により、主走査方向に並ぶように投影されたノズルのピッチPはd× cosθとなり、主走査方向については、各ノズル13が一定のピッチPで直線状に配列されたものと等価的に取り扱うことができる。このような構成により、主走査方向に並ぶように投影されるノズル列が1インチ当たり2400個(2400ノズル/インチ)におよぶ高密度のノズル構成を実現することが可能になる。
なお、印字可能幅の全幅に対応した長さのノズル列を有するフルラインヘッドで、ノズルを駆動する時には、(1)全ノズルを同時に駆動する、(2)ノズルを片方から他方に向かって順次駆動する、(3)ノズルをブロックに分割して、ブロックごとに片方から他方に向かって順次駆動する等が行われ、用紙の幅方向(用紙の搬送方向と直交する方向)に1ライン(1列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン)を印字するようなノズルの駆動を主走査と定義する。
特に、図10に示すようなマトリクス状に配置されたノズル13を駆動する場合は、上記(3)のような主走査が好ましい。すなわち、ノズル13-11 、13-12 、13-13 、13-14 、13-15 、13-16 を1つのブロックとし(他にはノズル13-21 、…、13-26 を1つのブロック、ノズル13-31 、…、13-36 を1つのブロック、…として)、記録紙の搬送速度に応じてノズル13-11 、13-12 、…、13-16 を順次駆動することで記録紙の幅方向に1ラインを印字する。
一方、上述したフルラインヘッドと用紙とを相対移動することによって、上述した主走査で形成された1ライン(1列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン)の印字を繰り返し行うことを副走査と定義する。
そして、上述の主走査によって記録される1ライン(或いは帯状領域の長手方向)の示す方向を主走査方向といい、上述の副走査を行う方向を副走査方向という。すなわち、本実施形態では、記録紙の搬送方向が副走査方向であり、それに直交する方向が主走査方向ということになる。
本発明の実施に際してノズルの配置構造は図示の例に限定されない。また、本実施形態では、ピエゾ素子(圧電素子)に代表されるアクチュエータ158の変形によってインク滴を飛ばす方式が採用されているが、本発明の実施に際して、インクを吐出させる方式は特に限定されず、ピエゾジェット方式に代えて、ヒータなどの発熱体によってインクを加熱して気泡を発生させ、その圧力でインク滴を飛ばすサーマルジェット方式など、各種方式を適用できる。
〔インクジェット記録装置の構成〕
次に、上述したヘッドを備えた画像記録装置の具体的な適用例としてのインクジェット記録装置について説明する。
次に、上述したヘッドを備えた画像記録装置の具体的な適用例としてのインクジェット記録装置について説明する。
図11は、本発明に係る画像記録装置の一実施形態を示すインクジェット記録装置の全体構成図である。同図に示すように、このインクジェット記録装置110は、黒(K),シアン(C),マゼンタ(M),イエロー(Y)の各インクに対応して設けられた複数のヘッド112K,112C,112M,112Yを有する印字部112と、各ヘッド112K,112C,112M,112Yに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵/装填部114と、被記録媒体たる記録紙116を供給する給紙部118と、記録紙116のカールを除去するデカール処理部120と、前記印字部112のノズル面(インク吐出面)に対向して配置され、記録紙116の平面性を保持しながら記録紙116を搬送するベルト搬送部122と、印字部112による印字結果を読み取る印字検出部124と、記録済みの記録紙(プリント物)を外部に排紙する排紙部126を備えている。
インク貯蔵/装填部114は、各ヘッド112K,112C,112M,112Yに対応する色のインクを貯蔵するインクタンクを有し、各タンクは所要の管路を介してヘッド112K,112C,112M,112Yと連通されている。
なお、不吐出時に各ヘッド112K,112C,112M,112Yに備わるノズル13からインクが漏出することを防止するために、ノズル13内部のインクに負圧を与える液体負圧装置を設けてもよい。この液体負圧装置では、負圧を与えるにあたって、ノズル13と連通するインク貯蔵/装填部114(例えば、インクカートリッジやインクタンク、サブタンクなど)において、ポンプ(不図示)により空気の供給排出による圧力調整を行い負圧を発生させる負圧発生室が設けられている。
給紙部118から送り出される記録紙116はマガジンに装填されていたことによる巻きクセが残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部120においてマガジンの巻きクセ方向と逆方向に加熱ドラム130で記録紙116に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。
ロール紙を使用する装置構成の場合、図11のように、裁断用のカッター(第1のカッター)128が設けられており、該カッター128によってロール紙は所望のサイズにカットされる。
デカール処理後、カットされた記録紙116は、ベルト搬送部122へと送られる。ベルト搬送部122は、ローラ131、132間に無端状のベルト133が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部112のノズル面及び印字検出部124のセンサ面に対向する部分が水平面(フラット面)をなすように構成されている。
ベルト133は、記録紙116の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引穴(不図示)が形成されている。図12に示したとおり、ローラ131、132間に掛け渡されたベルト133の内側において印字部112のノズル面及び印字検出部124のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバ134が設けられており、この吸着チャンバ134をファン135で吸引して負圧にすることによって記録紙116がベルト133上に吸着保持される。
ベルト133が巻かれているローラ131、132の少なくとも一方にモータの動力が伝達されることにより、ベルト133は図11上の時計回り方向に駆動され、ベルト133上に保持された記録紙116は図11の左から右へと搬送される。
縁無しプリント等を印字するとベルト133上にもインクが付着するので、ベルト133の外側の所定位置(印字領域以外の適当な位置)にベルト清掃部136が設けられている。
ベルト搬送部122により形成される用紙搬送路上において印字部112の上流側には、加熱ファン140が設けられている。加熱ファン140は、印字前の記録紙116に加熱空気を吹き付け、記録紙116を加熱する。印字直前に記録紙116を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。
印字部112の各ヘッド112K,112C,112M,112Yは、当該インクジェット記録装置110が対象とする記録紙116の最大紙幅に対応する長さを有し、そのノズル面には最大サイズの被記録媒体の少なくとも一辺を超える長さ(描画可能範囲の全幅)にわたりインク吐出用のノズルが複数配列されたフルライン型のヘッドとなっている(図8参照)。
ヘッド112K,112C,112M,112Yは、記録紙116の送り方向に沿って上流側から黒(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の色順に配置され、それぞれのヘッド112K,112C,112M,112Yが記録紙116の搬送方向と略直交する方向に沿って延在するように固定設置される。
ベルト搬送部122により記録紙116を搬送しつつ各ヘッド112K,112C,112M,112Yからそれぞれ異色のインクを吐出することにより記録紙116上にカラー画像を形成し得る。
このように、紙幅の全域をカバーするノズル列を有するフルライン型のヘッド112K,112C,112M,112Yを色別に設ける構成によれば、紙送り方向(副走査方向)について記録紙116と印字部112を相対的に移動させる動作を1回行うだけで(すなわち1回の副走査で)、記録紙116の全面に画像を記録することができる。これにより、記録ヘッドが紙搬送方向と直交する方向に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。
本例では、KCMYの標準色(4色)の構成を例示したが、インク色や色数の組合せについては本実施形態に限定されず、必要に応じて淡インク、濃インク、特別色インクを追加してもよい。また、各色ヘッドの配置順序も特に限定はない。
図11に示した印字検出部124は、印字部112の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ(ラインセンサ又はエリアセンサ)を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりや着弾位置誤差などの吐出特性をチェックする手段として機能する。
本例の印字検出部124には、受光面に複数の受光素子(光電変換素子)が2次元配列されてなるCCDエリアセンサを好適に用いることができる。エリアセンサは、少なくとも各ヘッド112K,112C,112M,112Yによるインク吐出幅(画像記録幅)の全域を撮像できる撮像範囲を有しているものとする。
印字検出部124の後段には後乾燥部142が設けられている。後乾燥部142は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。
後乾燥部142の後段には、加熱・加圧部144が設けられている。加熱・加圧部144は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ145で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
こうして生成されたプリント物は排紙部126から排出される。本来プリントすべき本画像(目的の画像を印刷したもの)とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置110では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部126A、126Bへと送るために排紙経路を切り換える不図示の選別手段が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター(第2のカッター)148によってテスト印字の部分を切り離す。
〔制御系の説明〕
図13は、インクジェット記録装置110のシステム構成を示すブロック図である。同図に示したように、インクジェット記録装置110は、通信インターフェース170、システムコントローラ172、画像メモリ174、モータドライバ176、ヒータドライバ178、プリント制御部180、画像バッファメモリ182、ヘッドドライバ184等を備えている。
図13は、インクジェット記録装置110のシステム構成を示すブロック図である。同図に示したように、インクジェット記録装置110は、通信インターフェース170、システムコントローラ172、画像メモリ174、モータドライバ176、ヒータドライバ178、プリント制御部180、画像バッファメモリ182、ヘッドドライバ184等を備えている。
通信インターフェース170は、ホストコンピュータ186から送られてくる画像データを受信する画像入力手段として機能するインターフェース部(画像入力部)である。通信インターフェース170にはUSB(Universal Serial Bus)、IEEE1394、イーサネット(登録商標)、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。
ホストコンピュータ186から送出された画像データは通信インターフェース170を介してインクジェット記録装置110に取り込まれ、一旦画像メモリ174に記憶される。画像メモリ174は、通信インターフェース170を介して入力された画像を格納する記憶手段であり、システムコントローラ172を通じてデータの読み書きが行われる。画像メモリ74は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。
システムコントローラ172は、中央演算処理装置(CPU)及びその周辺回路等から構成され、所定のプログラムに従ってインクジェット記録装置110の全体を制御する制御装置として機能するとともに、各種演算を行う演算装置として機能する。すなわち、システムコントローラ172は、通信インターフェース170、画像メモリ174、モータドライバ176、ヒータドライバ178等の各部を制御し、ホストコンピュータ186との間の通信制御、画像メモリ74の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ188やヒータ189を制御する制御信号を生成する。
画像メモリ174は、画像データの一時記憶領域として利用されるとともに、プログラムの展開領域及びCPUの演算作業領域としても利用される。
モータドライバ176は、システムコントローラ172からの指示に従って搬送系のモータ188を駆動するドライバ(駆動回路)である。ヒータドライバ178は、システムコントローラ172からの指示に従って後乾燥部142等のヒータ189を駆動するドライバである。
プリント制御部180は、システムコントローラ172の制御に従い、画像メモリ174内の画像データ(多値の入力画像のデータ) から打滴制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理手段として機能するとともに、生成したインク吐出データをヘッドドライバ184に供給してヘッド150の吐出駆動を制御する駆動制御手段として機能する。
プリント制御部180には画像バッファメモリ182が備えられており、プリント制御部180における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ182に一時的に格納される。なお、図13において画像バッファメモリ182はプリント制御部180に付随する態様で示されているが、画像メモリ174と兼用することも可能である。また、プリント制御部180とシステムコントローラ172とを統合して1つのプロセッサで構成する態様も可能である。
画像入力から印字出力までの処理の流れを概説すると、印刷すべき画像のデータは、通信インターフェース170を介して外部から入力され、画像メモリ174に蓄えられる。この段階では、例えば、RGBの多値の画像データが画像メモリ174に記憶される。
ヘッドドライバ184は、プリント制御部180から与えられるインク吐出データ及び駆動波形の信号に基づき、印字内容に応じてヘッド150の各ノズル13に対応するアクチュエータ158を駆動するための駆動信号を出力する。ヘッドドライバ184にはヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。
こうして、ヘッドドライバ184から出力された駆動信号がヘッド150に加えられることによって、該当するノズル13からインクが吐出される。記録紙116の搬送速度に同期してヘッド150からのインク吐出を制御することにより、記録紙116上に画像が形成される。
上記のように、プリント制御部180における所要の信号処理を経て生成されたインク吐出データ及び駆動信号波形に基づき、ヘッドドライバ184を介して各ノズルからのインク液滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。
印字検出部124は、図11で説明したように、イメージセンサを含むブロックであり、記録紙116に印字された画像を読み取り、所要の信号処理などを行って印字状況(吐出の有無、打滴のばらつき、光学濃度など)を検出し、その検出結果をプリント制御部180及びシステムコントローラ172に提供する。
プリント制御部180は、必要に応じて印字検出部124から得られる情報に基づいてヘッド150に対する各種補正を行うとともに、必要に応じて予備吐出や吸引、ワイピング等のクリーニング動作(ノズル回復動作)を実施する制御を行う。
以上、本発明の液体吐出ヘッドおよび画像形成装置、液体吐出方法について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。例えば、本発明の液体吐出ヘッドは実施例で説明したような画像形成装置に限定されず、広く液滴吐出装置にも適用できる。
11…ノズルプレート、12…流路形成基板、13…ノズル、13A…吐出口、13B…中心軸、14…流路、16…中心構造体、16A…円柱部、16B…円錐部、16C…先端部、16D…角部、19…液柱
Claims (8)
- 液体流路に対応するノズルを備えた液体吐出ヘッドにおいて、
前記ノズルの内部に配置され、前記ノズルの中心軸を中心に軸対称な構造であり、柱形状の第1構造部と前記ノズルの吐出口方向に向かって断面積が減少して先端部を備える第2構造部とからなり、前記第1構造部と前記第2構造部の境界部分の断面積が等しい構造体を有すること、
を特徴とする液体吐出ヘッド。 - 請求項1の液体吐出ヘッドにおいて、
前記先端部の位置と前記ノズルの吐出口の位置とが略一致していること、
を特徴とする液体吐出ヘッド。 - 請求項1または2の液体吐出ヘッドにおいて、
前記構造体は、前記境界部分の外周に形成され、前記ノズルの吐出口から液体を突出させて液柱を形成した後に前記液柱の一部を前記ノズル内に引き込む時に前記液柱の一部の表面を引き留め、その後前記液柱の一部を前記ノズル内から押し出す時に前記液柱の一部の表面を開放する角部を備えること、
を特徴とする液体吐出ヘッド。 - 請求項1乃至3のいずれか1つの液体吐出ヘッドにおいて、
前記第2構造部の側面における前記境界部分から前記先端部の方向の接線と前記ノズルの中心軸とのなす角をθ1、前記ノズルの内面と前記ノズルの中心軸を含む断面とのなす角をθ2、とするときに、0°≦θ2<θ1<90°の条件を満たすこと、
を特徴とする液体吐出ヘッド。 - 請求項4の液体吐出ヘッドにおいて、
前記第1構造部の側面と前記ノズルの中心軸を含む断面とのなす角をθ3とするときに、θ3<θ2の条件を満たすこと、
を特徴とする液体吐出ヘッド。 - 請求項1乃至5のいずれか1つの液体吐出ヘッドにおいて、
前記液体流路内の液体を加圧して前記ノズルの吐出口から液滴を吐出させる加圧手段を有すること、
を特徴とする液体吐出ヘッド。 - 請求項1乃至6のいずれか1つの液体吐出ヘッドを有すること、を特徴とする画像形成装置。
- ノズルの内部に配置され、前記ノズルの中心軸を中心に軸対称な構造であり、柱形状の第1構造部と前記ノズルの吐出口方向に向かって断面積が減少して先端部を備える第2構造部とからなり、前記第1構造部と前記第2構造部の境界部分の断面積が等しい構造体の前記境界部分の外周に形成される角部が、前記ノズルの吐出口から液体を突出させて液柱を形成した後に前記液柱の一部を前記ノズル内に引き込む時に前記液柱の一部の表面を引き留め、その後前記液柱の一部を前記ノズル内から押し出す時に前記液柱の一部の表面を開放することにより、前記液柱が分割して液滴を吐出すること、
を特徴とする液体吐出方法。
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JP2007038334A JP2008200950A (ja) | 2007-02-19 | 2007-02-19 | 液体吐出ヘッドおよび画像形成装置、液体吐出方法 |
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JP2015214036A (ja) * | 2014-05-08 | 2015-12-03 | 株式会社日立産機システム | インクジェット記録装置 |
WO2021171981A1 (ja) * | 2020-02-28 | 2021-09-02 | キヤノン株式会社 | 液体吐出ヘッド |
-
2007
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