JP2008302613A - 流体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】両面同時に印刷する流体噴射装置において、各流体噴射ヘッドにおける流体の噴射制御を容易にするとともに、被流体噴射材の両面への流体噴射品質を均一化できる流体噴射装置を提案する。
【解決手段】搬送経路２中を移動する被流体噴射材Ｐに対して複数のノズルから流体を噴射する流体噴射ヘッド３１，３２を有する流体噴射装置１００において、前記搬送経路２は、略鉛直に設けられた鉛直搬送路２ａを有し、前記流体噴射ヘッド３１，３２は、前記被流体噴射材Ｐの表面ｐ１に前記流体を噴射する表側ヘッド３１と、裏面ｐ２に前記流体を噴射する裏側ヘッド３２とからなり、前記表側ヘッド３１及び前記裏側ヘッド３２は、前記鉛直搬送路２ａを挟んで配設されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体噴射装置に関するものである。

従来の流体噴射装置は、両面印刷にあたっては、一方の面を印刷した後に他方の面を印刷することが多いが、例えば下記特許文献１のように、用紙の搬送経路を挟んで相対向する一対の印字ユニットを設け、用紙の両面に同時に印刷するようにしているものがある。
特開２００２−１１８６４号公報

上記特許文献１では、一対のヘッドを上下に配設している。このため、各ヘッドで噴射するインクが受ける重力の影響が逆になってしまう。
したがって、各ヘッドでインクの噴射制御を異ならせる必要があり、制御ロジックを個々に作成することとなってしまうので、好ましくない。
また、インクの噴射制御を調整しても、上下に配設されたヘッドから用紙へのインクの噴射状態を全く一致させることは困難であるため、用紙の表面と裏面とで画質に差が出てしまうおそれがある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、両面同時に印刷する流体噴射装置において、各流体噴射ヘッドにおける流体の噴射制御を容易にするとともに、被流体噴射材の両面への流体噴射品質を均一化できる流体噴射装置を提案することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る流体噴射装置では、以下の手段を採用した。
本発明では、まず、搬送経路中を移動する被流体噴射材に対して複数のノズルから流体を噴射する流体噴射ヘッドを有する流体噴射装置において、前記搬送経路は、略鉛直に設けられた鉛直搬送路を有し、前記流体噴射ヘッドは、前記被流体噴射材の表面に前記流体を噴射する表側ヘッドと、裏面に前記流体を噴射する裏側ヘッドとからなり、前記表側ヘッド及び前記裏側ヘッドは、前記鉛直搬送路を挟んで配設されていることを特徴とするものを採用した。
これによれば、流体噴射ヘッドを構成する表側ヘッド及び裏側ヘッドは、鉛直搬送路を挟んで配設されているので、表側ヘッド及び裏側ヘッドとから噴射される流体は、同様の重力の影響を受けるので、表側ヘッドの制御ロジックと裏側ヘッドの制御ロジックとを共通にすることができるため、流体の噴射制御を容易にすることができる。また、被流体噴射材の両面への流体噴射条件が同じになるので、被流体噴射材の両面への流体噴射品質を均一化することができる。

次に、上記流体噴射装置において、前記表側ヘッド及び前記裏側ヘッドは、前記鉛直搬送路を挟んで相対向するよう配設されているものを採用した。
これによれば、被流体噴射材の両面に略同時に流体を噴射できるので、例えば流体がインク、被流体噴射材が紙である場合等に、被流体噴射材の一方の面が流体で塗れてうねった後に他方の面に流体を噴射することで該他方の面への流体噴射精度が悪化するという不都合を回避することができる。

また、上記流体噴射装置において、前記表側ヘッドの流体噴射面と前記裏側ヘッドの流体噴射面との間に電位差を発生させる電圧印加部を有するものを採用した。
これによれば、表側ヘッドの流体噴射面と裏側ヘッドの流体噴射面との間に電位差を発生させることができ、更に、各ヘッドから噴射される流体が帯電する。これにより、各ヘッドが流体を噴射すると、流体に鉛直搬送路に略直交する方向の力が働くため、流体への重力の影響を低減させ、被流体噴射材に対して水平に近い状態で流体を噴射することができるので、流体噴射品質を向上させることができる。

更に、上記流体噴射装置において、前記表側ヘッド及び前記裏側ヘッドの両方又は一方を、該表側ヘッドと該裏側ヘッドとの流体噴射面同士が接離する方向に移動させるヘッド移動機構を備えるものを採用した。
これによれば、非印字時には、ヘッド移動機構により、表側ヘッド及び裏側ヘッドの互いの流体噴射面を接触させることができるので、両ヘッドの流体噴射面を相互に覆うことができるため、流体噴射面に配設された噴射口及びその周囲に付着した流体が乾燥して固着することを防止することができる。

また、上記流体噴射装置において、前記表側ヘッド及び前記裏側ヘッドは、前記鉛直搬送路に沿ってずらして配設されているものを採用した。
これによれば、各ヘッドのメンテナンスを容易に行うことができる。

そして、上記流体噴射装置において、前記鉛直搬送路を挟んで前記表側ヘッドに対向する位置に配設される表面用印加部材と、前記鉛直搬送路を挟んで前記裏側ヘッドに対向する位置に配設される裏面用印加部材と、前記表側ヘッドと前記表面用印加部材との間に電位差を発生させる第１電圧印加部と、前記裏側ヘッドと前記裏面用印加部材との間に電位差を発生させる第２電圧印加部と、を備えるものを採用した。
これによれば、表側ヘッドの流体噴射面及び裏側ヘッドの流体噴射面と、各ヘッドに対向する表面用印加部材及び裏面用印加部材との間に電位差を発生させることができ、更に、各ヘッドから噴射される流体が帯電する。これにより、各ヘッドが流体を噴射すると、流体に鉛直搬送路に略直交する方向の力が働くため、流体への重力の影響を低減させ、被流体噴射材に対して水平に近い状態で流体を噴射することができるので、流体噴射品質を向上させることができる。

以下、本発明に係る流体噴射装置の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。本実施形態では、本発明に係る流体噴射装置として、インクジェット式のプリンタを例示する。
図１は、本実施形態におけるインクジェット式のプリンタ（以下、インクジェットプリンタ１００という）の概略構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態に係るインクジェットプリンタ１００は、給紙部１、搬送経路２、印刷部３、ヘッド移動機構４、電圧印加部５、制御部６及び排紙部７を備えている。

給紙部１は、給紙トレイ１ａ及び給紙ローラ１ｂを備えている。
給紙トレイ１ａには、記録紙Ｐ（被流体噴射材）が載積される。給紙ローラ１ｂは、最も上に位置する記録紙Ｐ（最上位紙）を給紙トレイ１ａから繰り出して搬送経路２へと送り出す。

搬送経路２は、記録紙Ｐが搬送される経路であって、一部分が、略鉛直に設けられた鉛直搬送路２ａとされている。鉛直搬送路２ａには、印刷部３が配設されている。
搬送経路２には、適当な間隔で、複数対の搬送ローラ対（一部を図示する）２１，２２が配設されている。特に、印刷部３手前の搬送ローラ対２１は、印刷前の記録紙Ｐの蛇行修正や、印刷部３との印刷タイミング合わせにも用いられる。

印刷部３は、一対のライン型プリントヘッド３１，３２（流体噴射ヘッド）を有している。これらのライン型プリントヘッド３１，３２は、鉛直搬送路２ａを挟んで配設され、各々のノズル面３１ａ，３２ａ（流体噴射面）を相対向させている。ノズル面３１ａ，３２ａについては、後述する。
ライン型プリントヘッド３１（表側ヘッド）は、記録紙Ｐの表面ｐ１にインク（流体）を噴射するものである。ライン型プリントヘッド３２（裏側ヘッド）は、記録紙Ｐの裏面ｐ２にインクを噴射するものである。

図２（ａ）は、ノズル面３１ａ，３２ａを示す図である。ライン型プリントヘッド３１，３２は、各々のノズル面３１ａ，３２ａに、インクジェットプリンタ１００が対象とする最大サイズの記録紙Ｐの少なくとも一辺を越える長さ（最大記録紙幅Ｗ）に亘ってノズルＮが多数配列されたものであり、いわゆる「一体型」のものである。
一方、図２（ｂ）は、いわゆる「千鳥型」のライン型プリントヘッドであって、複数の単位ヘッドＴｈを千鳥格子状に組み合わせたものである。実施にあたっては、こちらのライン型プリントヘッドを採用してもよい。

ライン型プリントヘッド３１，３２は、上記のようなノズルＮからインク滴を噴射する。
本実施形態では、ノズルＮは、少なくとも、Ｙｅｌｌｏｗ、Ｍａｇｅｎｔａ、Ｃｙａｎ、黒１、黒２の各色に対応して、５種類のノズル群に分類されて整列され配置されている。そして、各ノズル群には、各色のインクタンク（図示せず）よりインクが供給される。

次に、図３を参照してライン型プリントヘッド３１の構成について詳述する（ライン型プリントヘッド３２も同様である）。図３は、ライン型プリントヘッド３１の一部の構成を示す断面図である。
ライン型プリントヘッド３１は、合成樹脂製の筐体３００内に、流路形成ユニット３１０、収容空間３２０、駆動ユニット３３０及び内部流路３４０を収納して、構成されている。

流路形成ユニット３１０は、振動板３１１、流路基板３１２及びノズル基板３１３を積層し、接着剤等で接合して一体としたものである。
また、流路形成ユニット３１０は、共通インク室３１４、インク供給口３１５及び圧力室３１６を備えている。これらの共通インク室３１４、インク供給口３１５及び圧力室３１６は、上記振動板３１１、流路基板３１２及びノズル基板３１３によって形成されている。
共通インク室３１４は、内部流路３４０に連通している。インク供給口３１５は、共通インク室３１４に接続されている。圧力室３１６は、インク供給口３１５と接続されている。また、圧力室３１６は、各ノズルＮに対応するように複数設けられており、各ノズルＮに接続されている。

振動板３１１は、例えばステンレス鋼等の金属製の支持板上に弾性フィルムをラミネート加工したものである。
振動板３１１の圧力室３１６に対応する部分には、圧電素子３３１（後述する）の一端と接合される島部３１１ａが形成されている。そして、振動板３１１の少なくとも一部は、圧電素子３３１の駆動に応じて弾性変形する。

流路基板３１２は、シリコンを異方性エッチングすることにより、共通インク室３１４、インク供給口３１５及び圧力室３１６が形成されたものである。
ノズル基板３１３は、例えばステンレス鋼等の金属で形成された板状の部材であって、外側の一面が上述のノズル面３１ａとされ、ノズルＮが所定方向に所定間隔（ピッチ）で複数形成されたものである。

収容空間３２０は、筐体３００内に形成された空間であって、駆動ユニット３３０を収容している。
駆動ユニット３３０は、複数の圧電素子３３１、固定部材３３２及びケーブル３３３を備えている。
圧電素子３３１は、各ノズルＮに対応させて設けられている。固定部材３３２は、重ねられた複数の圧電素子３３１の一端を支持するものである。ケーブル３３３は、柔軟な素材で形成され、駆動信号を圧電素子３３１に供給するものである。

内部流路３４０は、筐体３００内に形成された流路であって、インクタンク（図示せず）から供給されたインクを共通インク室３１４へ排出する流路である。

図１に戻って他の部分の説明を続ける。
一方のライン型プリントヘッド３２は、他方のライン型プリントヘッド３１に対して接離する方向に移動自在に構成されている。この移動自在なライン型プリントヘッド３２の位置決めは、ヘッド移動機構４が行う。

ヘッド移動機構４は、ソレノイドにより構成されている。
ソレノイドは、周知のように、筐体４ａから鉄心４ｂを出し入れするものであって、通電時と非通電時とで、筐体４ａからの鉄心４ｂの突出長さが、短状態から長状態へ、或いは長状態から短状態へ、変化するものである。
本実施形態においては、鉄心４ｂの突出長さが、通電時に短状態（図１参照）、非通電時に長状態（図４参照）となるソレノイドでヘッド移動機構４を構成し、鉄心４ｂの先端をライン型プリントヘッド３２に固定する。

そして、印刷時にはソレノイドに通電して鉄心４ｂを短状態にし、これによりライン型プリントヘッド３２をもう一方のライン型プリントヘッド３１から離れる方向に移動させて、両ヘッド３１，３２間に搬送経路２が開放されるようにする。
また、非印刷時にはソレノイドへの通電を停止して鉄心４ｂを長状態にし、これによりライン型プリントヘッド３２をもう一方のライン型プリントヘッド３１に接する方向に移動させて、両ヘッド３１，３２を密着させる。

電圧印加部５は、ライン型プリントヘッド３１，３２の各ノズル面３１ａ，３２ａ間に電位差を発生させるものであって、各ノズル面３１ａ，３２ａに異なる極性の電極を接続されている。
制御部６は、印刷すべき画像を印刷するために、他の各部、即ち、搬送ローラ対２１，２２、印刷部３、ヘッド移動機構４及び電圧印加部５を統括的に制御する。
排紙部７は、印刷部３により印刷されて排出された記録紙Ｐを、載積し保持するものである。

次に、上記構成のインクジェットプリンタ１００の動作について説明する。
各インクタンクから供給されたインクは、内部流路３４０に流入し、内部流路３４０を流れた後、共通インク室３１４に供給される。
共通インク室３１４に供給されたインクは、インク供給口３１５を介して、複数の圧力室３１６のそれぞれに分配されるように供給される。

制御部６は、印刷すべき画像に基づいて、ケーブル３３３を介して圧電素子３３１に駆動信号を入力する。
ケーブル３３３を介して制御部６から圧電素子３３１に駆動信号が入力されると、圧電素子３３１が伸縮する。これにより、振動板３１１が圧力室３１６に接近する方向及び離れる方向に変形（移動）する。
振動板３１１の変形に伴い、圧力室３１６の容積が変化し、インクを収容した圧力室３１６の圧力が変動する。この圧力の変動によって、ノズルＮから、インクが噴射される。
そして、ノズルＮから噴射されたインクによって、記録紙Ｐに所望の画像が形成される。

インクジェットプリンタ１００において、上記の如き印刷時には、制御部６は、図１に示すように、ヘッド移動機構４を構成するソレノイドに通電して鉄心４ｂを短状態にし、これによりライン型プリントヘッド３２をもう一方のライン型プリントヘッド３１から離れる方向に移動させて、両ヘッド３１，３２間に搬送経路２が開放されるようにする。
また、印刷時、制御部６は、電圧印加部５により、ノズル面３１ａ，３２ａに電位差を発生させると共に、各ライン型プリントヘッド３１，３２から噴射されるインクを帯電させる。これにより、各ライン型プリントヘッド３１，３２から噴射されるインクは、対向するライン型プリントヘッド３２，３１に引き寄せられるので、移動軌跡への重力による影響が軽減されて、水平に近い状態で記録紙Ｐへ噴射される。このため、精度よく画像形成することができる。

非印刷時には、制御部６は、図４に示すように、ヘッド移動機構４を構成するソレノイドへの通電を停止して鉄心４ｂを長状態にし、これによりライン型プリントヘッド３２をもう一方のライン型プリントヘッド３１に接する方向に移動させて、両ヘッド３１，３２を密着させる。
これにより、各ライン型プリントヘッド３１，３２の両ノズル面３１ａ，３２ａが外気から断絶されるので、ノズルＮ及びその周囲に付着したインクが乾燥して固着することが防止される。
なお、非印刷時には、制御部６は、電圧印加部５によるノズル面３１ａ，３２ａへの電圧印加を停止する。

本実施形態によれば、印刷部３を構成する両ライン型プリントヘッド３１，３２を鉛直搬送路２ａに配設したので、各ライン型プリントヘッド３１，３２から噴射されるインクの移動軌跡への重力の影響を同じにすることができたので、の制御ロジックを共通にすることができるため、インクの噴射制御を容易に実現することができる。

次に、第２の実施形態について、図５により説明する。本実施形態は、第１の実施形態の変形例である。なお、図５に示す本実施形態のインクジェットプリンタ２００において、図１に示す第１の実施形態のインクジェットプリンタ１００の各部材と同じ部材については、同じ符号を用いるとする。

本実施形態のインクジェットプリンタ２００において、第１の実施形態のインクジェットプリンタ１００と異なる部分は、印刷部２０３及び電圧印加部２０５である。また、インクジェットプリンタ２００は、第１の実施形態におけるヘッド移動機構４を備えない。

印刷部２０３は、ライン型プリントヘッド３１，３２と、プラテン４１，４２とを有している。
まず、ライン型プリントヘッド３１とライン型プリントヘッド３２とは、鉛直搬送路２ａに沿って上下にずらして配設されており、ライン型プリントヘッド３１には、鉛直搬送路２ａを挟んでプラテン４１（表面用印加部材）が対向し、ライン型プリントヘッド３２には、鉛直搬送路２ａを挟んでプラテン４２（裏面用印加部材）が対向している。

電圧印加部２０５（第１電圧印加部、第２電圧印加部）は、ライン型プリントヘッド３１のノズル面３１ａとプラテン４１との間と、ライン型プリントヘッド３２のノズル面３２ａとプラテン４２との間とに、電位差を発生させるものである。

上記のように構成しても、第１の実施形態と同様に、印刷時に、制御部６による制御の下に、電圧印加部５が、ノズル面３１ａとプラテン４１との間と、ノズル面３２ａとプラテン４２との間とに、電位差を発生させると共に、各ライン型プリントヘッド３１，３２から噴射されるインクを帯電させることにより、各ライン型プリントヘッド３１，３２から噴射されるインクが、各々対向するプラテン４１，４２に引き寄せられるので、移動軌跡への重力による影響が軽減されて、水平に近い状態で記録紙Ｐへ噴射される。
このため、精度よく画像形成することができる。

なお、上記の第１及び第２の実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ、或いは動作・操作手順等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

上記の第１及び第２の実施形態では、搬送経路２の通紙方向を下から上へとしたが、実施にあたってはこれに限らず、逆に上から下としてもよい。
また、上記の第１及び第２の実施形態では、流体噴射ヘッドをライン型プリントヘッド３１，３２に具現化したが、実施にあたってはこれに限らず、流体噴射ヘッドは、例えば、キャリッジにより被流体噴射材の幅方向に移動しながら流体を噴射するシリアル型のヘッドであってもよい。

更に、上記の第１の実施形態では、ヘッド移動機構４は、裏側ヘッドであるライン型プリントヘッド３２を移動させているが、実施にあたってはこれに限らず、ヘッド移動機構４が、表側ヘッドを、或いは表側ヘッド及び裏側ヘッドの両方を移動させることにより、表側ヘッドと裏側ヘッドとを接離させるように構成されていてもよい。
また、上記の第１の実施形態では、ヘッド移動機構４は、ソレノイドにより構成されているが、実施にあたってはこれに限らず、他の構成とされていてもよい。

更に、上記の第１及び第２の実施形態では、流体噴射装置として、インクジェットプリンタ１００，２００に具体化したが、この限りではなく、インク以外の他の流体（機能材料の粒子が分散されている液状体、ジェルのような流状体）を噴射したり吐出したりする流体噴射装置に具体化することもできる。
例えば、液晶ディスプレイ、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイ及び面発光ディスプレイの製造などに用いられる電極材や色材などの材料を分散または溶解のかたちで含む液状体を噴射する液状体噴射装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機物を噴射する流体噴射装置、精密ピペットとして用いられ試料となる液体を噴射する流体噴射装置であってもよい。

また、時計やカメラ等の精密機械にピンポイントで潤滑油を噴射する流体噴射装置、光通信素子等に用いられる微小半球レンズ（光学レンズ）などを形成するために紫外線硬化樹脂等の透明樹脂液を基板上に噴射する流体噴射装置、基板などをエッチングするために酸又はアルカリ等のエッチング液を噴射する流体噴射装置、ジェルを噴射する流状体噴射装置であってもよい。更に、トナー等の粉体を例とする固体を噴射するトナージェット式記録装置であってもよい。
そして、これらのうちいずれか一種の流体噴射装置において、本発明を適用することができる。

本発明に係る流体噴射装置の第１の実施形態であるインクジェットプリンタの概略構成を示す図である。 上記実施形態におけるノズル面を示す図である。 上記実施形態におけるライン型プリントヘッドの一部の構成を示す断面図である。 上記実施形態におけるインクジェットプリンタの非印刷時のライン型プリントヘッドの状態を示す図である。 本発明に係る流体噴射装置の第２の実施形態であるインクジェットプリンタの概略構成を示す図である。

符号の説明

１００，２００…インクジェットプリンタ、 ２…搬送経路、 ２ａ…鉛直搬送路、 ４…ヘッド移動機構、 ５，２０５…電圧印加部、 ３１，３２…ライン型プリントヘッド（流体噴射ヘッド）、３１…表側ヘッド、３２…裏側ヘッド、 ３１ａ，３２ａ…ノズル面（流体噴射面）、 Ｎ…ノズル、 Ｐ…記録紙（被流体噴射材）、ｐ１…表面、ｐ２…裏面

Claims (6)

1. 搬送経路中を移動する被流体噴射材に対して複数のノズルから流体を噴射する流体噴射ヘッドを有する流体噴射装置において、
   前記搬送経路は、略鉛直に設けられた鉛直搬送路を有し、
   前記流体噴射ヘッドは、前記被流体噴射材の表面に前記流体を噴射する表側ヘッドと、裏面に前記流体を噴射する裏側ヘッドとからなり、
   前記表側ヘッド及び前記裏側ヘッドは、前記鉛直搬送路を挟んで配設されていることを特徴とする流体噴射装置。
2. 前記表側ヘッド及び前記裏側ヘッドは、前記鉛直搬送路を挟んで相対向するよう配設されていることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
3. 前記表側ヘッドの流体噴射面と前記裏側ヘッドの流体噴射面との間に電位差を発生させる電圧印加部を有することを特徴とする請求項２に記載の流体噴射装置。
4. 前記表側ヘッド及び前記裏側ヘッドの両方又は一方を、該表側ヘッドと該裏側ヘッドとの流体噴射面同士が接離する方向に移動させるヘッド移動機構を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の流体噴射装置。
5. 前記表側ヘッド及び前記裏側ヘッドは、前記鉛直搬送路に沿ってずらして配設されていることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
6. 前記鉛直搬送路を挟んで前記表側ヘッドに対向する位置に配設される表面用印加部材と、前記鉛直搬送路を挟んで前記裏側ヘッドに対向する位置に配設される裏面用印加部材と、前記表側ヘッドと前記表面用印加部材との間に電位差を発生させる第１電圧印加部と、前記裏側ヘッドと前記裏面用印加部材との間に電位差を発生させる第２電圧印加部と、を備えることを特徴とする請求項５に記載の流体噴射装置。

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