JP2009160868A - 液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル形成面と記録用紙とが接触してもノズル形成面やノズルが損傷を受けにくくする。
【解決手段】吐出ヘッド３におけるノズル形成面５０と記録用紙Ｐとの間の間隙Ｇが所定値よりも小さいかどうかを検出する検出手段３３１と、吐出ヘッド４の記録用紙Ｐに対する移動速度を少なくとも高速と低速の２段に制御する制御部３００とが備えられ、制御部３００は、検出手段３３１で検出した間隙Ｇが所定値より小さいとき、吐出ヘッド３を低速で吐出対象物Ｐに沿って移動させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、吐出ヘッドが、吐出対象物に対して移動しながら、ノズルから液体を吐出するように構成された液滴吐出装置に関するものである。

一般にインクジェット式の記録装置では、ノズルを有する吐出ヘッドを吐出対象物である用紙等の記録媒体に対して主走査方向に移動させながら、吐出ヘッドからインクを吐出し、主走査の終了ごとにそれと直交する副走査方向に記録媒体を所定量ずつ移動させて記録動作を行う。

記録媒体が変形やうねりにより浮き上がっていると、記録媒体がノズル形成面に接触し、ノズル形成面を損傷したり、ノズルの開口端を損傷したりすることがあるため、特許文献１に記載されている吐出ヘッドでは、ノズル形成面に凹みを設けて、その凹み内にノズルを形成している。つまり、ノズル形成面を損傷すると、その損傷部にインクが残留し、これがノズルから吐出しようとするインクに接触したとき、吐出方向の曲がりを生じたりする。また、ノズルの開口端を損傷すると、ノズル内に形成されるインクのメニスカスが正常に形成されなくなって、吐出不良を生じる。このため、ノズル近傍を凹ませることで、記録媒体との接触から保護しているのである。
特開平４−１７６６５７号公報

しかしながら、特許文献１のノズル形成面に形成できる凹みは浅く、ノズル近傍に記録媒体が接触するのを十分に回避することができない。また、近年、高速記録のために、記録媒体に対する吐出ヘッドの移動速度が高速化しており、記録媒体がノズル形成面に接触したとき、ノズル形成面やノズルの開口端の損傷が大きくなる傾向がある。

本発明は、上記問題を解消するものであり、ノズル形成面と吐出対象物とが接触してもノズル形成面やノズルが損傷を受けにくくすることを目的とするものである。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明における液滴吐出装置は、液体を吐出するノズルが吐出対象物に対向するノズル形成面に開口形成されている吐出ヘッドを備え、前記吐出ヘッドが、前記ノズル形成面を吐出対象物に対して間隙をあけた状態で移動しながら、前記ノズルから液体を吐出するように構成されている液滴吐出装置において、前記吐出ヘッドにおけるノズル形成面と前記吐出対象物との間の前記間隙が所定値よりも小さいかどうかを検出する検出手段と、前記吐出ヘッドの吐出対象物に対する移動速度を少なくとも高速と低速の２段に制御する制御部とが備えられ、前記制御部は、前記検出手段で検出した間隙が所定値より小さいとき、前記吐出ヘッドを、前記間隙が所定値のとき前記吐出対象物に沿って移動させる速度よりも低速で前記吐出対象物に沿って移動させることを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液滴吐出装置において、前記制御部は、前記吐出ヘッドを前記低速で移動するとき、その低速に対応させて前記吐出ヘッドから前記吐出対象物に対して液体を吐出させることを特徴とするものである。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の液滴吐出装置において、前記制御部は、前記検出手段で検出した間隙が所定値より小さいとき、前記吐出対象物への液体の吐出を中止させかつ前記吐出ヘッドを前記低速で移動させ、あらかじめ設定されている待機位置に前記吐出ヘッドを移動させることを特徴とするものである。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の液滴吐出装置において、前記制御部は、吐出を中止した旨を外部に報知するように構成されていることを特徴とするものである。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の液滴吐出装置において、前記ノズル形成面は、吐出する液体に対し撥液性を有することを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、吐出対象物が浮き上がる等してノズル形成面との間の間隙が所定値よりも小さいことを検出手段が検出したときに、制御部が吐出ヘッドを、間隙が所定値のとき吐出対象物に沿って移動させる速度よりも低速で吐出対象物に沿って移動させるので、吐出対象物がノズル形成面に接触することがあっても、その衝撃は高速で移動しているときに比べて大幅に軽減され、ノズル形成面やノズルが受ける損傷を抑制することができる。

請求項２に記載の発明によれば、制御部は、吐出ヘッドを低速で移動するとき、その低速に対応させて吐出ヘッドから吐出対象物に対して液体を吐出させる。つまり、間隙が小さくても低速に対応させて吐出周期を変える等して吐出を継続することができる。

請求項３に記載の発明によれば、検出手段で検出した間隙が所定値よりも小さいとき、吐出対象物への液体の吐出を中止させるので、吐出対象物との間隙が小さいことによる吐出対象物への液体の着弾乱れを生じることがなく、また、そのとき吐出ヘッドを低速で移動させ、吐出対象物がノズル形成面に接触する衝撃を抑えながら、待機位置に吐出ヘッドを待機させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、制御部は、吐出を中止した旨を外部に報知するから、使用者はエラーの発生を認識し、浮き上がった吐出対象物を取り除く等の対処を早急に行うことができる。

請求項５に記載の発明によれば、ノズル形成面が、吐出する液体に対し撥液性を有しているから、ノズル形成面に液体が残留しにくく、またノズル内に液体のメニスカスが形成され易い。そして、請求項１から３のいずれかに記載しているように、吐出対象物とノズル形成面との接触を抑制することで、撥液性の劣化を防止することができる。

以下に本発明の基本的な実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、液滴吐出装置である記録装置１の概略平面図であるが、この記録装置１は、単独のプリンタ装置に適用しても、あるいは、ファクシミリ機能やコピー機能等の複数の機能を備えた多機能装置のプリンタ機能（記録部）に適用してもよい。

記録装置１には、図１に示すように、吐出ヘッドとしての記録ヘッド３がキャリッジ２に搭載され、記録ヘッド３の下面に対向してプラテン４が設けられている。記録ヘッド３は、プラテン４上の吐出対象物としての記録用紙に向けノズル７を露出させている。なお、説明では、記録ヘッド３のノズル７が開口された側を下側とし、その反対側を上側とする。

キャリッジ２は、第１ガイド部材５及び第２ガイド部材６に沿ってプラテン４上の記録用紙と平行（Ｙ軸方向）に往復移動可能に支持され、キャリッジモータ８に連結された駆動プーリ９と従動プーリ１０とに掛け渡されたタイミングベルト１１によって主走査される。記録用紙Ｐは、プラテン４上をキャリッジ２の主走査方向（Ｙ軸方向）に直交する副走査方向（Ｘ軸方向）に沿って搬送用ローラ２７により搬送される。つまり、記録ヘッド３は公知のように主走査方向（Ｙ軸方向）に移動しながら、ノズル７から記録用紙Ｐにインクを吐出し、その主走査の終了ごとに記録用紙Ｐが副走査方向（Ｘ軸方向）に所定量ずつ搬送される。なお、記録ヘッド３と記録用紙は、ＹおよびＸ軸方向において、どちらが相対的に移動するものであってもよい。

図２に示すように、キャリッジ２の走査範囲にわたってそれと平行に、帯状のリニアエンコーダスケール２８が配置され、キャリッジ２には、リニアエンコーダスケール２８に設けられたマークを読みとり、キャリッジ２のＹ軸方向（主走査方向）の位置を検知するための位置検出手段３３０（図５参照）が備えられている。

また、キャリッジ２には、記録用紙Ｐとノズル形成面５０との間隙を検出する間隙検出手段３３１が、キャリッジ２と一体的に移動するように取り付けられている。間隙検出手段３３１は、記録用紙にレーザ光を照射し反射してきたレーザ光をもとの入射光と重ね合わせたときの参照光と信号光の光路差により生じたビート信号の位相差を利用して変位量を測定する構成、記録用紙に対し傾斜方向からレーザ光を照射し反射してきたレーザ光の受光位置から測定する構成、投光と受光用の光ファイバを組にしてプローブを形成し被測定物から受光ファイバに反射する光の量が距離によって変化する原理を利用して測定する構成、機械的接触子を記録用紙Ｐに接触させてその変位量を測定する構成、レーザーフォーカス方式などを用いることができる。

本体フレーム１２内には、図１に示すように、交換式のインクカートリッジ１３の収納部１４が設けられており、インク色の数に応じたインクカートリッジ１３（ここではブラックインク用、シアンインク用、マゼンタインク用、イエローインク用の４つ）が収納されている。各インクカートリッジ１３のインクは、可撓性を有するインク供給管（樹脂製のチューブ）１５を介して、それぞれ独立してキャリッジ２の記録ヘッド３に供給される。

図１に示すように、記録装置１の本体フレーム１２内で、記録用紙ＰのＹ軸方向の幅（記録領域）よりも外側における一方の側（図１の左側）には、インク受け部１６が設けられ、他方の側（図１の右側）にはキャリッジ２の待機位置（ホームポジション）に対応してメンテナンスユニット１７が設けられている。記録ヘッド３は、インク受け部１６と対向する位置にて、記録前または記録動作中に定期的にノズルの目詰まり防止のためのインク吐出（フラッシング）を行う。

メンテナンスユニット１７は、記録ヘッド３に対するクリーニングを行う。クリーニングとしては、吸引ポンプに接続されたキャップ体１９でノズル形成面５０を覆って、ノズル７から増粘したインク等の不良インクを排出する回復動作（パージ動作）と、ブレード状の払拭部材２０で後述するノズル形成面５０に付着しているインクや紙粉等を払拭するワイピング動作とがある。

記録ヘッド３は、クリーニングのときだけでなく、記録動作を長時間行わないときには、待機位置に移動して、そこで待機する。待機中は、ノズル形成面５０がキャップ体１９で覆われ、インクの乾燥やゴミの付着等が防止される。このときキャップ体１９は公知の弁手段により吸引ポンプとの接続が遮断され、ノズル形成面５０と密閉状態を形成する。

記録ヘッド３は、特開２００５−３２２８５０号公報に記載の公知のものと同様で、図３及び図４に示すように、下面（すなわちノズル形成面５０）にノズル７を開口し且つ上面側に各ノズル７に対応する圧力室３５を有するキャビティ部３１と、圧力室３５に吐出圧力を与えるアクチュエータ３２と、アクチュエータ３２に駆動信号を出力するフレキシブル配線材３３とを積層して構成されている。

キャビティ部３１は、図４に示すように、複数の薄いプレートを積層して形成されており、その内部には、インクカートリッジ１３側からキャビティ部３１へ導入されたインクが、圧力室の列に設けたマニホールド室３４を介して、多数の圧力室３５に分配されてノズル７に供給されるように一連のインク供給路が構成されている。ノズル形成面５０には、多数のノズル７が下向きに開口し、吐出するインクに対し撥液性を有する材料で形成されるか、撥液性を付与する処理が施されている。この撥液性は、ノズル形成面５０にインクが残留しにくくするとともにノズル７内にインクのメニスカスを形成し易くするものである。

アクチュエータ３２としては、圧電方式、電気−熱変換方式、静電気により振動板を駆動する方式など各種のものが適用できる。図面では、アクチュエータ３２は、全ての圧力室３５にわたる大きさを有する扁平な複数の圧電セラミックス層３６（例えばＰＺＴ）を積層し、その間に電極３７，３８を挟んだ圧電方式を用いている。電極は、圧力室３５毎に設けた個別電極３７と複数の圧力室３５に共通なコモン電極３８とからなり、電極に電圧を印加して両電極間の圧電セラミックス層を変位させることで、圧力室３５内のインクに圧力を与え、ノズル７からインクを吐出させることができる。

また、個別電極３７及びコモン電極３８は、スルーホールにてアクチュータ３２の最上面の外部電極４４と電気的に接続され、その外部電極４４とフレキシブル配線材３３の電極パターン（図示せず）とが電気的に接続されている。これにより、制御部からの駆動信号が、フレキシブル配線材３３に実装されている回路素子３３ａを介してアクチュエータ３２に入力される。

次に、図５を用いて、この記録装置１の全体的な動作を制御する制御部３００について説明する。制御部３００は、ＣＰＵ３０４、ＲＯＭ３０１、ＲＡＭ３０２、ＥＥＰＲＯＭ３０３からなるマイクロコンピュータ、及びそれらにバス３０５を介して接続されたＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit ）３０６を中心として構成されている。

ＲＯＭ３０１には、記録装置１の各種動作を制御するプログラム等が格納されており、ＲＡＭ３０２は、ＣＰＵ３０４がこれらのプログラムを実行する際に用いる各種データを一時的に記憶する記憶領域として、また作業領域として用いられる。

ＡＳＩＣ３０６は、マイクロコンピュータからの指令に従い、例えば各モータに通電する相励磁信号等を生成してこれらの信号を、搬送用ローラ２７を駆動する搬送用モータ３２０の駆動回路３０７、キャリッジ２を駆動するキャリッジモータ８の駆動回路３０８、及び払拭部材２０、キャップ体１９、吸引ポンプなどからなるメンテナンスユニット１７のための駆動源３２１の駆動回路３１１に与える。つまり、制御部３００は、用紙の搬送、キャリッジ２の走査、メンテナンスユニット１７の制御を行っている。

ＡＳＩＣ３０６に接続されている駆動回路３０９は、記録ヘッド３のアクチュエータ３２に所定のタイミングで駆動信号を供給するためのものであり、ＲＡＭ３０２に記憶されている記録データに基づきＡＳＩＣ３０６から出力された駆動信号を受けて、記録ヘッド３を制御する。また、ＡＳＩＣ３０６には、キャリッジ２のＹ軸方向の位置を検出する位置検出手段３３０と、ノズル形成面５０と記録用紙Ｐとの間隙を検出する間隙検出手段３３１とが接続されている。ＡＳＩＣ３０６またはマイクロコンピュータは間隙検出手段３３１からの信号にもとづいて、ノズル形成面５０と記録用紙Ｐとの間隙が所定値よりも小さいか否かを検出する。

キャリッジ２の走査速度として、あらかじめＲＯＭ３０１には少なくとも、記録領域すなわち記録用紙Ｐと対向する領域を高速（第１の速度）で移動するプログラムと、記録領域を第１の速度よりも低速（第２の速度）で移動するプログラムが格納されている。第１の速度は、４０ｉｐｓ（ｉｎｃｈ／ｓｅｃ）に、第２の速度は、１ｉｐｓ（ｉｎｃｈ／ｓｅｃ）に設定している。記録指令に基づいて、通常の記録動作を行うときには、キャリッジ２は第１の速度で移動するようにしている。

図６（ａ）に示すように、記録用紙Ｐが正常に搬送されているときには、ノズル形成面５０と記録用紙Ｐとの間隙Ｇは、１．３〜１．８ｍｍで、キャリッジ２を第１の速度で走査させる。図５（ｂ）に示すように、記録用紙Ｐが浮き上がる等して間隙Ｇが小さくなると、記録用紙Ｐがノズル形成面５０に接触する虞が生じる。従って、制御部３００では、あらかじめ間隙Ｇの大小を判断する所定値（基準値）として０．５ｍｍを設定して、間隙検出手段３３１で検出した間隙Ｇが、０．５ｍｍよりも小さくなると、ＡＳＩＣ３０６が、キャリッジ２の走査速度を第２の速度に切り替えるように設定している。

次に、上記構成の記録装置１の動作について、図７のフローチャートを用いて説明する。まず、待機位置にある記録ヘッド３（Ｓ０１）に対して、記録指令が出されると（Ｓ０２でＹｅｓ）、キャリッジ２が記録用紙Ｐと対向する位置へ向け移動を開始する（Ｓ０３）。キャリッジ２が記録用紙Ｐと対向する位置に達すると、間隙検出手段３３１で、記録用紙Ｐとノズル形成面５０との間隙を検出し（Ｓ０４）、制御部３００は間隙Ｇが所定値（０．５ｍｍ）よりも小さいか否かを判定する。その結果、間隙Ｇが所定値以上の場合には（Ｓ０５でＮｏ）、高速に設定されている第１の速度でキャリッジ２を走査させながら、記録ヘッド３からインクを吐出する（Ｓ０６）。一行の記録の走査終了しなければ（Ｓ０７でＮｏ）、間隙Ｇの検出を行いながら（Ｓ０４）、キャリッジ２を移動させて、記録ヘッド３からのインクの吐出を続ける。

記録用紙Ｐの浮き上がり等によって、間隙Ｇが最初から所定値（０．５ｍｍ）よりも小さい、または、記録の途中で、急に小さくなった場合には（Ｓ０５でＹｅｓ）、キャリッジ２の走査速度を低速に設定されている第２の速度に設定するあるいは切り替える。そして、キャリッジ２の低速での走査に対応させた駆動周期で、記録ヘッド３からインクを吐出する（Ｓ０８）。キャリッジ２が低速で走査中に、間隙Ｇが所定値以上に戻った場合には（Ｓ０５）、再び、キャリッジ２の走査速度を第１の速度に切り替えて、高速での移動速度に対応させた駆動周期で、記録ヘッド３からインクを吐出する（Ｓ０６）。

この第１実施形態の動作では、間隙Ｇが所定値よりも小さい場合には、キャリッジ２の走査速度を遅くして（第２の速度）いるから、走査速度が速い（第１の速度）場合に比べて、記録用紙Ｐがノズル形成面５０と接触しても、ノズル形成面５０に与える衝撃が小さくなる。従って、ノズル形成面５０やノズル７が損傷しにくくなる。

図８は、第２の実施形態の動作を示すフローチャートである。第２実施形態では、Ｓ０１〜Ｓ０５までは、第１の実施形態と同じであるが、間隙Ｇが所定値（０．５ｍｍ）よりも小さい場合には（Ｓ０５でＹｅｓ）、インクの吐出を中止するとともに、キャリッジ２の走査速度を、直ちに第２の速度（低速）に設定するもしくは切り替え（Ｓ１１）、キャリッジ２を待機位置に移動させて（Ｓ１２）、報知手段３４０によりエラーの発生を報知して（Ｓ１３）、記録が途中で中止されたことを、使用者に知らせるようにしている。

報知手段３４０は、図５に示すように、ＡＳＩＣ３０６またはマイクロコンピュータに接続され、液晶パネル等の表示部にエラーメッセージを表示する、ランプを点灯する、エラー音を発生させる等のいずれかまたは複数を実行して、外部に報知する。

第２実施形態では、間隙Ｇが所定値よりも小さい場合には、記録ヘッド３の吐出を中止するので、記録用紙との間隙が小さいことによる記録用紙へのインクの着弾乱れを生じることがない。また、キャリッジ２の走査速度を遅くし、記録用紙がノズル形成面に接触する衝撃を抑えながら、待機位置に戻すことができる。使用者に報知しているから、使用者は変形した用紙Ｐを取り除いて、用紙Ｐを正しくセットし直すことができる。

なお、前記第１の実施の形態において、間隙Ｇが第１の所定値とそれよりも小さい第２の所定値にあるとき、キャリッジ２を第２の速度で走査させてインク吐出を継続し、さらに第２の所定値よりも小さくなったとき、第２の実施形態と同様に、吐出を停止し、キャリッジを第２の速度もしくはそれよりも低速で走査させて待機位置に戻すようにすることもできる。

上記液滴吐出装置は、インクジェット式の記録ヘッドを備えた記録装置に限定するものではなく、その他の液体、たとえばフレキシブルな絶縁基板に導電性液体を吐出して回路パターンを形成する装置、布に染色液を吐出する装置であってもよい。

液滴吐出装置としての記録装置の概略平面図である。 図１の要部斜視図である。 記録ヘッドの斜視図である。 記録ヘッドのＹ軸方向に沿う縦断面図である。 記録装置の制御部を説明するブロック図である。 （ａ）はノズル形成面と記録用紙との間隙が正常な場合を説明する図、（ｂ）はノズル形成面と記録用紙との間隙が異常な場合を説明する図である。 記録装置の動作の第１実施形態のフローチャートである。 記録装置の動作の第２実施形態のフローチャートである。

符号の説明

１ 記録装置
２ キャリッジ
３ 記録ヘッド
７ ノズル
１７ メンテナンスユニット
３１ キャビティ部
３２ アクチュエータ
３３ フレキシブル配線材
５０ ノズル形成面
３００ 制御部
３３１ 間隙検出手段
Ｐ 記録用紙

Claims (5)

1. 液体を吐出するノズルが吐出対象物に対向するノズル形成面に開口形成されている吐出ヘッドを備え、前記吐出ヘッドが、前記ノズル形成面を吐出対象物に対して間隙をあけた状態で移動しながら、前記ノズルから液体を吐出するように構成されている液滴吐出装置において、
   前記吐出ヘッドにおけるノズル形成面と前記吐出対象物との間の前記間隙が所定値よりも小さいかどうかを検出する検出手段と、前記吐出ヘッドの吐出対象物に対する移動速度を少なくとも高速と低速の２段に制御する制御部とが備えられ、
   前記制御部は、前記検出手段で検出した間隙が所定値より小さいとき、前記吐出ヘッドを、前記間隙が所定値のとき前記吐出対象物に沿って移動させる速度よりも低速で前記吐出対象物に沿って移動させることを特徴とする液滴吐出装置。
2. 前記制御部は、前記吐出ヘッドを前記低速で移動するとき、その低速に対応させて前記吐出ヘッドから前記吐出対象物に対して液体を吐出させることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出装置。
3. 前記制御部は、前記検出手段で検出した間隙が所定値より小さいとき、前記吐出対象物への液体の吐出を中止させかつ前記吐出ヘッドを前記低速で移動させ、あらかじめ設定されている待機位置に前記吐出ヘッドを移動させることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出装置。
4. 前記制御部は、吐出を中止した旨を外部に報知するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の液滴吐出装置。
5. 前記ノズル形成面は、吐出する液体に対し撥液性を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の液滴吐出装置。

Images