JP2009101515A - 液体吐出ヘッドの駆動方法及びインクジェット記録装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ノズル(11)から液状機能性材料を吐出して被吐出媒体上に画像を形成する液体吐出ヘッドの駆動方法であって、描画すべき画像のドット形成に必要な画像形成用の吐出駆動時におけるノズル内のメニスカス(13)縁部とノズル面(10A)との成す角の最大値をθa、ノズルの吐出性能を回復させるための空打ち用の吐出駆動時におけるノズル内のメニスカス(13)縁部とノズル面(10A)との成す角の最大値をθbとするとき、θb>θaの関係を満たす空打ちの吐出を行う。ノズル穴付近に付着している異物(15)を上記の空打ちによって吐出液内に取り込み、除去することにより、吐出曲がりを解消する。空打ちの動作は、画像形成中の画像間、又は画像内で実施することができる。
【選択図】 図2
Description
はじめに、吐出曲がりの現象とその回復の原理について説明する。
(2)吐出時のメニスカス隆起領域でのインク乾燥により、ノズルでのインク増粘物・インク成分(同上)析出
(3)空気中の浮遊粒子付着
(4)インクミスト付着
(5)吐出不良による飛散インクの付着
画像記録時における通常の吐出動作では、吐出時のメニスカス13の縁部(ノズル穴11)とノズルプレート10との成す角(図1(a−2)に示すように、ノズル穴11の縁から盛り上がる液界面の接線と、ノズルプレート10のノズル面10Aの成す角度の最大値θaは、比較的小さく(例えば、θa=43°)、吐出時に異物を除去することはできない。
動作(図1)よりもメニスカス13を大きく振動させる。すなわち、図2(a−1)、(a−2)に示すとおり、空打ち吐出時のメニスカス13の縁部とノズルプレート10のノズル面10Aの成す角の最大値(図2(a−2)における角度θb)を大きくすることにより(例えば、θb=50°とする)、ノズルプレート10に近い異物を吐出時に液内に取り込んで除去する。これにより、その後の吐出は正常な(曲がりのない)吐出となる。
ここで、空打ち時におけるメニスカス縁部とノズル面との成す角(以下、「メニスカスとノズルプレートとの成す角」と表記する場合がある)を大きくするための具体的な手段の例について説明する。当該角度を増大させることは、すなわちノズルからのメニスカスの膨出量を大きくすること、メニスカス振動の振幅を大きくすることによって実現される。
図3は、第1例の模式図である。図3に示すように、ヘッド内圧を加圧しながらノズルの駆動(空打ち吐出用駆動波形の印加)を行う態様がある。例えば、通常の画像記録時におけるヘッド背圧よりも+ΔP(〜30kPa程度)の加圧を行い、各ノズルの吐出駆動を行う駆動波形としては、通常の画像記録時と同等の波形(電圧)を印加する。ヘッド内圧(背圧)を制御する手段として、例えば、インクタンクからヘッドにインクを供給する供給路中にポンプ(図18の符号163参照)を設け、このポンプにより加圧を制御する態様がある。
第2例は、吐出電圧を増加させる方法である。図4は、第2例における駆動波形の説明図である。図4に示すように、通常の画像記録時における駆動波形(破線)よりも振幅の大きな駆動波形(実線)を用いて空打ちを行うことで、吐出におけるメニスカスとノズルプレートの成す角を大きくすることが可能である。なお、適切な波形振幅の増加分(ΔV1)については、液物性に応じて決定される。これにより、図5のように、ノズル穴11の近くに付着していた異物15を吐出時に液内に取り込んで除去することができる。
図6は、第3例による駆動波形の説明図である。図6に示すように、吐出駆動用の波形(第1パルス)21に続けて、僅かな時間差tで角度増加用の波形(第2パルス)22を印加する方法もある。第1パルス21によるメニスカスの振動に連動するように、第2パルス22を印加することにより、メニスカス振動を増幅させ、より大きくする(ノズルプレートとメニスカスの成す角を大きくする)ことができる。
図7は、第4例による駆動波形の説明図である。図7に示すように、吐出駆動用の同じ波形(パルス)24を2回、またはそれ以上続けて印加する方法もある。この場合、ヘッド共振周期以下の周期で2回以上の吐出波形印加を行うことが望ましい。ヘッド共振周期は、ヘッド構造とインク種によって決まるインク内の圧力伝播周期であり、一般的なインクジェットプリンターに用いられるヘッドの場合、周波数で100kHz〜300kHz程度である。吐出周波数は、ある吐出波形と次の吐出波形の周波数であり、例えば、1〜100kHzである。
第5例は、第4例に類似して、連続吐出を行うものであるが、更に、1滴目の液滴に2滴目の液滴を追いつかせることで、メニスカスが液滴に引き寄せられるような状況を作り出して吐出液滴を合一させる。
空打ちの液滴は、画像形成時に比べて吐出量が多く、記録媒体上で空打ちを実施すると、画像形成後に裏写り等の原因となるため、空打ち液滴に対して、凝集、エネルギー線硬化、乾燥、加熱、定着、吸収(除去)のうち、いずれか、またはこれらの適宜の組み合わせで処理を行うことが望ましい。
液体吐出ヘッドとして、ピエゾオンデマンドインクジェットヘッド(ノズル数:2000、ノズル径:16μm、最小液適量=1.9pl)を用い、吐出するインク(液状機能性材料)として、水性インクと紫外線硬化型インク(UVインク)について下記の実験を行った。
次に、上述したノズル回復(空打ち)の機能を備えたインクジェット記録装置の例について説明する。
次に、ヘッド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18はインクジェット記録装置110におけるインク供給系の構成を示した概要図である。インクタンク160はヘッド150にインクを供給する基タンクであり、図13で説明したインク貯蔵/装填部114に設置される。すなわち、図18のインクタンク160は、図13のインク貯蔵/装填部14と等価のものである。インクタンク160の形態には、インク残量が少なくなった場合に、不図示の補充口からインクを補充する方式と、タンクごと交換するカートリッジ方式とがある。使用用途に応じてインク種類を変える場合には、カートリッジ方式が適している。この場合、インクの種類情報をバーコード等で識別して、インク種類に応じた吐出制御を行うことが好ましい。
図19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、ROM175、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20はインクジェット記録装置の他の構成例を示す要部構成図である。図20に示すインクジェット記録装置210の形態は、直接記録媒体に画像形成を行うのではなく、一旦、中間転写体212上に画像(一次画像)を形成し、その画像を転写部214において記録紙116に対して転写することで最終的な画像形成を行う画像形成装置である。図20中、図13と同一又は類似する要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
図20の実施形態では、処理液を先に打滴し、その後、インクを打滴する構成を説明したが、処理液とインクの打滴順は本例に限定されず、先にインクを打滴し、その後に処理液を打滴する態様でもよく、或いは処理液とインクを同時に媒体上に付着させる態様などもあり得る。
図20では、インク用のヘッド群の最上流に1つの処理液用吐出ヘッド211のみを配置した構成であるが、各色のヘッド112K,112M,112C,112Yの上流側(又は下流側)にそれぞれ処理液用の吐出ヘッドを配置する構成も可能である。かかる構成により、インクの色ごとに適切な処理液量の付与が可能である。
図20ではインクジェット方式の吐出ヘッド(211)によって処理液を付与しているが、吐出ヘッドに代えて、グラビアローラ等の塗布ローラに代表される塗布手段(図示せず)によって処理液を付与する態様も可能である。
図20の溶媒除去ローラ250に代えて、又はこれと組み合わせて、図示せぬ加熱手段及び/又は乾燥手段を設ける態様も可能である。
図21はインクジェット記録装置の他の構成例を示す要部構成図である。図21中、図20と同一又は類似する要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。図21に示すインクジェット記録装置260は、紫外線硬化型インク(いわゆるUVインク)を用いる中間転写方式のインクジェット記録装置である。
なお、エネルギー線には、可視光や紫外線、X線を含む電磁波、電子線などが含まれ、エネルギー線硬化型インクの代表的な例としては、上記の紫外線硬化型インクの他、電子線硬化型インク(いわゆるEBインク)がある。
図20、図21に示した無端状ベルトによる中間転写体212に代えて、ドラム状の中間転写体(中間転写ドラム)を用いる態様も可能である。
上記実施形態では、記録媒体の全幅に対応する長さのノズル列を有するページワイドのフルライン型ヘッドを用いたインクジェット記録装置を説明したが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、シリアル型(シャトルスキャン型)ヘッドなど、短尺の記録ヘッドを移動させながら、複数回のヘッド走査により画像記録を行うインクジェット記録装置についても本発明を適用できる。
上記に詳述した発明の実施形態についての記載から把握されるとおり、本明細書では以下に示す発明を含む多様な技術思想の開示を含んでいる。
Claims (29)
- ノズルから液状機能性材料を吐出して被吐出媒体上に付着させ、該被吐出媒体上に前記液状機能性材料のドットによる画像を形成する液体吐出ヘッドの駆動方法であって、
描画すべき画像のドット形成に必要な画像形成用の吐出駆動時におけるノズル内のメニスカス縁部とノズル面との成す角の最大値をθa、前記ノズルの吐出性能を回復させるための空打ち用の吐出駆動時におけるノズル内のメニスカス縁部とノズル面との成す角の最大値をθbとするとき、θb>θaの関係を満たす空打ちの吐出を行うことを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動方法。 - 前記θaは、最小ドットを形成する際の吐出駆動時におけるノズル内のメニスカス縁部とノズル面との成す角の最大値であることを特徴とする請求項1記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
- 前記空打ちの吐出時に、前記液体吐出ヘッドへの液状機能性材料の供給経路からの加圧を行うことを特徴とする請求項1又は2記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
- 前記空打ち用の吐出駆動時に前記液体吐出ヘッドに印加される空打ち用の吐出波形は、前記画像形成用の吐出駆動時に前記液体吐出ヘッドに印加される画像形成用の吐出波形と異なることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
- 前記空打ち用の吐出波形は、前記画像形成用の吐出波形に比べて、波形の振幅が増加したものであることを特徴とする請求項4記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
- 前記空打ち用の吐出波形は、前記吐出用の第1パルスと、これに続くメニスカス振動増幅用の第2パルスとを組み合わせたものであることを特徴とする請求項4記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
- 前記第2パルスは、前記第1パルスと逆方向の波形であることを特徴とする請求項6記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
- 前記空打ち用の吐出波形は、複数の吐出波形を連続して印加するものであることを特徴とする請求項4記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
- 前記複数の吐出波形の吐出周期は、前記液体吐出ヘッドの構造と、吐出に用いる前記液状機能性材料によって決まるヘッド共振周期より短いことを特徴とする請求項8記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
- 前記複数の吐出波形が連続する前記空打ち用の吐出波形は、最初の吐出波形による吐出液滴速度より後続の吐出波形による吐出液滴速度が速く、前記最初の吐出液滴の曳糸が切断する前に、前記後続の吐出液滴が前記最初の吐出液滴に合一することを特徴とする請求項8又は9記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
- 前記複数の吐出波形のうち、最初の吐出波形の振幅よりも、後続の吐出波形の振幅を大きくすることを特徴とする請求項8乃至10のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
- 前記複数の吐出波形における最初の吐出波形による残存振動と、後続の吐出波形による振動を共振させることを特徴とする請求項8乃至11のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
- 前記画像形成用の吐出波形と、前記空打ち用の吐出波形の吐出周波数が異なることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
- 前記液体吐出ヘッドは、複数のノズルが前記被吐出媒体の幅方向にわたって配列されたラインヘッドであり、該液体吐出ヘッドに対して前記被吐出媒体を相対的に1回移動させることにより前記被吐出媒体上に画像を形成するシングルパス方式の記録を行うものであることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
- 前記空打ちの吐出は、画像形成中に前記被吐出媒体としての記録媒体、又は中間転写体の上で行うことを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
- 前記空打ちの吐出は、一定時間の画像形成後、又は、一定時間の休止後、若しくは、一定時間の連続吐出の後に、自動で行うことを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
- 前記空打ちにより吐出した被吐出媒体上の液滴に対し、凝集、エネルギー線硬化、乾燥、加熱、定着、吸収のうち少なくとも1つの処理を行うことを特徴とする請求項1乃至16のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
- 前記液体吐出ヘッドにおける吐出不良が検出されたときに、前記空打ちの吐出を自動で行うことを特徴とする請求項1乃至17のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
- 前記液体吐出ヘッドにおける吐出不良が検出されたときに、当該吐出不良が検出されたヘッド、又は、ノズル列、若しくはノズルのみについて、前記空打ちの吐出を自動で行うことを特徴とする請求項1乃至18のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
- 液体吐出ヘッドのノズルから液状機能性材料を吐出して被吐出媒体上に付着させ、該被吐出媒体上に前記液状機能性材料のドットによる画像を形成するインクジェット記録装置であって、
描画すべき画像のドット形成に必要な画像形成用の吐出駆動時に前記液体吐出ヘッドに印加される画像形成用の吐出波形と、前記ノズルの吐出性能を回復させるための空打ち用の吐出駆動時に前記液体吐出ヘッドに印加される空打ち用の吐出波形とを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記画像形成用の吐出波形と空打ち用の吐出波形、及び描画用の画像データとを組み合わせて前記液体吐出ヘッドの駆動制御を行う制御手段と、を備え、
前記画像形成用の吐出波形の印加による吐出駆動時におけるノズル内のメニスカス縁部とノズル面との成す角の最大値をθa、前記空打ち用の吐出波形の印加による吐出駆動時におけるノズル内のメニスカス縁部とノズル面との成す角の最大値をθbとするとき、θb>θaの関係を満たす空打ちの吐出が行われることを特徴とするインクジェット記録装置。 - 前記制御手段は、描画すべき画像の画像形成波形データにおける画像間の余白部分に前記空打ちのデータを挿入することを特徴とする請求項20記載のインクジェット記録装置。
- 前記制御手段は、描画すべき画像の画像形成波形データの中に、前記空打ちのデータを一定の規則で分散させて挿入することを特徴とする請求項20記載のインクジェット記録装置。
- 前記ノズル又は前記液体吐出ヘッドの吐出・休止履歴を記憶する稼動履歴記憶手段を有し、
前記制御手段は、前記稼動履歴記憶手段に記憶されている履歴情報を基に、前記画像形成用の吐出波形と空打ち用の吐出波形、及び描画用の画像データとを組み合わせて前記液体吐出ヘッドの駆動制御を行うことを特徴とする請求項20乃至22のいずれか1項に記載のインクジェット記録装置。 - 前記液状機能性材料は、紫外線硬化型の材料であり、前記空打ちによって吐出された液滴を硬化させる紫外線光源を具備することを特徴とする請求項20乃至23のいずれか1項に記載のインクジェット記録装置。
- 前記空打ちによって吐出された液滴を乾燥する乾燥手段を有することを特徴とする請求項20乃至24のいずれか1項に記載のインクジェット記録装置。
- 前記空打ちによって吐出された液滴を吸引除去する吸引手段を有することを特徴とする請求項20乃至25のいずれか1項に記載のインクジェット記録装置。
- 前記空打ちによって吐出された液滴の流動性を低下させる液状材料を吐出する処理材吐出ヘッドを有することを特徴とする請求項20乃至26のいずれか1項に記載のインクジェット記録装置。
- 前記空打ちによって吐出された液滴の流動性を低下させる液状材料を塗布する塗布手段を有することを特徴とする請求項20乃至27のいずれか1項に記載のインクジェット記録装置。
- 前記ノズル又は前記液体吐出ヘッドの吐出状態を検知する検知手段を有し、
前記制御手段は、前記検知手段による検知結果に基づいて、前記画像形成用の吐出波形と空打ち用の吐出波形、及び描画用の画像データとを組み合わせて前記液体吐出ヘッドの駆動制御を行うことを特徴とする請求項20乃至28のいずれか1項に記載のインクジェット記録装置。
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