JP2009285977A - 音響インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高価なヘッドを増やすことなく、モノクロ印刷時にもカラー用ヘッドを活用し、これまでは考えられなかった高速な高パフォーマンスなインクジェットヘッドを得る。
【解決手段】 インク滴出射ノズルを含むインク層７が超音波出射ヘッド部１と分離されており、超音波出射ヘッドに対応するインク層が一つの超音波出射ヘッドに対して二つ以上あり、超音波出射ヘッドまたはインク層は移動可能な構造になっている。複数の印字モードをもち、印字モード設定する機能と印字モードを記憶する機能をもち、印字モードに応じたインク層が選択され超音波出射ヘッドから出射される超音波により液滴を出射する位置に移動する機能をもつ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数種のインクを利用可能な音響式インクジェット記録装置に関する。

従来からインクジェット記録装置として種々の構造をもつものが知られている。そして、その中でも、たとえば超音波を音響レンズを使用し集束させた音響力によるインク滴を飛翔させる音響インクジェット記録装置に関する提案が数多くなされている（例えば、特許文献１，２，３等参照）。

特開２００２−１６６５４１号公報 特開２０００−１０８３３６号公報 特開平０７−０６８７６９号公報

ところで、このようなインクジェット記録装置としては、音響インクジェット方式にかぎらず、サーマル方式、ピエゾ方式の各種インクジェットヘッド技術があるが、いずれも、インク滴生成エネルギ発生ヘッドとインクは一体であり分離されることはない。

また、このような技術において開発されたカラーインクジェットプリンタにおいて、モノクロ印刷を行う場合はクロ色のヘッドのみを使用し、他のマゼンタ、シアン、イエローの３色またはそれ以上の数のカラーヘッドはその間休止して印刷に寄与することはなかった。

また、リサイクルペーパ等の低品質な用紙と写真用紙とは、印字に適当なインクは当然異なるのであるが、このようにインク種を変えようとする場合にはヘッドそのものを入れ替えるか、または並列設置するか、プリンタ自体を別に準備するか、等の対策を講じる必要があった。

しかし、このようなエネルギ発生ヘッドは高価であり、コストパフォーマンスの観点からなるべく数を減らす必要がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、高価なヘッドを増やすことなく、モノクロ印刷時にもカラー用のヘッドを活用し、これまでのインクジェット記録装置では考えられなかった高速な高パフォーマンスなヘッドを備えてなる音響インクジェット記録装置を得ることを目的とする。

さらに、本発明は、インク種を変える場合にも、複数のインク種に対して共通のヘッドを使用することを可能にしており、単一のプリンタで数多くのインク種の使用を容易に実現した音響インクジェット記録装置を得ることを目的とする。

このような目的に応えるために本発明（請求項１記載の発明）に係る音響インクジェット記録装置は、音響エネルギを記録画素単位に発生する音響エネルギ発生素子がライン状に配列されたラインヘッドと、異なる種類のインク層を前記ラインヘッドに選択的に作用すべく前記複数種のインク層を移動可能に保持するインク層保持手段と、異なる種類のインク層にそれぞれ対応して異なるモードで前記ラインヘッドを駆動するヘッド駆動制御手段とからなるラインヘッドユニットにより記録媒体に記録を行うことを特徴とする。

本発明（請求項２記載の発明）に係る音響インクジェット記録装置は、前記請求項１記載のラインヘッドユニットを複数用いて記録媒体に記録を行う音響インクジェット記録装置において、前記複数のラインヘッドユニットが異なる種類のインク層を用いて記録する第１のモードを有すると共に、前記複数のラインヘッドユニットが同種のインク層を用いて記録を行う第２のモードを有し、該第２モードによる記録の際に、前記記録媒体に記録すべき画像データを各前記ラインヘッドユニット毎に分割して供給する記録データ供給手段と、前記ラインヘッドユニットが同種のインク層で記録するユニット数をｎとした場合、前記ラインヘッドユニットが前記記録媒体を前記第１のモードのｎ倍の速度で走査すべく記録媒体を移動搬送する搬送手段とを備えることを特徴とする。

以上説明したように本発明に係る音響インクジェット記録装置によれば、ヘッドひとつあたり複数のインク層を設置し、モードによってインク層を移動可能にしたことにより、同一のプリンタで水性／油性等の異なる色調の切り分け印刷をしたり、用紙により粘度の異なるインクに切り替えたりすることを可能とすることができる。

したがって、このような本発明によれば、簡単な構成であるにもかかわらず、高価なヘッドを増やすことなく、モノクロ印刷時にもカラー用のヘッドを活用し、これまでのインクジェット記録装置では考えられなかった高速な高パフォーマンスなヘッドを備えてなる音響インクジェット記録装置を得ることができるのである。

また、本発明によれば、ヘッドひとつあたり複数のインク層を設置し、そのうち少なくても一つのインクを同じインクにしすべてのヘッドに対し同じインク滴を飛翔可能にするモードＡを設定し、モードによってインク層を移動可能にし、モードＡ時の印刷データをそれぞれのヘッド用に分割する機能を設け、モードＡ時には印刷するターゲットの搬送速度をモードＡ用に設定する機能を設け、駆動タイミングもモードＡ用にしたことにより、ヘッドの数ｎのとき、ヘッドの最高印刷速度に対しｎ倍の印刷速度での印刷を可能にすることができる。

そして、このような本発明によれば、インク種を変える場合にも、複数のインク種に対して共通のヘッドを使用することを可能にしており、単一のプリンタで数多くのインク種の使用を容易に実現することができるのである。

図１ないし図３は本発明に係る音響インクジェット記録装置の第１実施形態を示す。
ここで、この実施形態では、超音波出射ヘッドとインク層が分離した構造をもつライン型インク飛翔装置を説明する。また、ここではインク層として記述しているが、インク層の液剤はインクにこだわることなく液体であればなんでもよい。

図１において、インク層ブロック７は、図示しない駆動機構により、位置Ａと位置Ｂの間を移動し、どちらか一方の指定されたほうの位置でとまるように構成されている。
同図（ａ）に示す位置Ａにおいて、ラインヘッド１は第１インク層４のインクを飛翔することのできる位置にある。

超音波出射部３から図示されていない駆動機構により駆動され出射された超音波はカップリング剤２（図ではカップリング剤の位置のみを示している）を透過し第１インク層４内のインク滴を飛翔させ、記録ターゲット６に付着させる。

また、同図（ｂ）に示す位置Ｂでは、同様に第２インク層５内のインク滴を記録ターゲット６に付着させる。

ひとつのラインヘッド１に対し２種のインク層４，５を設け、これらのインク層を可動とし、外部からの制御により第１インク層４または第２インク層５のどちらかのインク層のインク滴を飛翔させる。
なお、図１中、８は規制スリットである。

図２に超音波出射部３のひとつの例を示す。
すなわち、セル１１はＰＺＴやＺｎＯ等の圧電材を電極ではさみ厚み方向の振動モードにより超音波を発射する。バースト波駆動によりインク層内のインクをインク滴化しターゲットに向かって飛翔させる。ここで、セル１１がライン状に並び、各セルは図示されていない駆動系によりそれぞれ独立に高周波駆動され超音波を出射するようになっている。

図３に本発明装置による具体的使用例を示す。
ここで、上述した図１とは上下反対に記述している。すなわち、図１では液滴は下向きに、図３では液滴は上向に飛翔する。

インク種ａではインク種ａインク層（第１インク層４に相当する）が超音波出射部３に配置され、インク種ｂではインク種ｂインク層（第２インク層５に相当する）が超音波出射部３に配置され、それぞれのインク滴が飛翔するようにされている。

ここで、インクａでは染料インクがインク種ｂでは顔料インクというように、または水性インクと油性インクというように異なるインク種を選択する。もちろん、液剤はインクである必要はなく、バイオチップ等での生体有機物液剤やディスプレイ等でのＥＬ材等、各種液剤等の使用が可能であり、インク種も２種以上の複数種であってもよい。

以上の構成によれば、インク滴出射ノズルを含むインク層（７；４，５）が超音波出射ヘッド部１と分離されており、超音波出射ヘッド１に対応するインク層４，５が一つの超音波出射ヘッド１に対して二つ以上あり、超音波出射ヘッド１またはインク層４，５は移動可能な構造になっている。さらに、複数の印字モードをもち、印字モード設定する機能と印字モードを記憶する機能をもち、印字モードに応じたインク層４，５が選択され超音波出射ヘッド１から出射される超音波により液滴を出射する位置に移動する機能をもつような構成となっている。

そして、このような構成によれば、ヘッド１ひとつあたり複数のインク層４，５を設置し、モードによってインク層４，５を移動可能にしたことにより、同一のプリンタ（インクジェット記録装置）で水性／油性等の異なる色調の切り分け印刷をしたり、用紙により粘度の異なるインクに切り替えたりすることが可能となるのである。

図４以降は、本発明による第２実施形態を示す。
ここで、超音波出射ヘッドとインク層が分離した構造をもつライン型インク飛翔装置についてである。また、ここではインク層として記述しているが、インク層の液剤はインクにこだわることなく液体であればなんでもよいことも、前述した実施形態と同様である。

また、前述した図１において、インク層ブロック７は図示しない駆動機構により位置Ａと位置Ｂの間を移動しどちらか一方の指定されたほうの位置でとまる。位置Ａにおいてラインヘッド１は第１インク層４のインクを飛翔することができる位置にある。また、超音波出射部３から図示されていない駆動機構により駆動され出射された超音波はカップリング剤２（図ではカップリング剤の位置のみを示している）を透過し第１インク層４内のインク滴を飛翔させ、記録ターゲット６に付着させる。位置Ｂでは同様に第２インク層５内のインク滴を記録ターゲット６に付着させることも、前述した実施形態と同様である。

さらに、ひとつのラインヘッド１に対し２種のインク層４，５を設けインク層を可動とし、外部からの制御により第１インク層４または第２インク層５のどちらかのインク層のインク滴を飛翔させることも、前述した実施形態と同様である。

また、図２に示す超音波出射部のひとつの例において、セル１１がＰＺＴやＺｎＯ等の圧電材を電極ではさみ厚み方向の振動モードにより超音波を発射し、これによるバースト波駆動によりインク層内のインクをインク滴化しターゲットに向かって飛翔させること、さらにセル１１がライン状に並び、各セルは図示されていない駆動系によりそれぞれ独立に高周波駆動され超音波を出射することも、前述した実施形態と同様である。

図４はこの実施形態での具体的使用例を示す。
ここで、図１とは上下反対に記述しており、図１では液滴は下向きに、図４では液滴は上向に飛翔する。

以上の構成において、カラーモードでは４つの超音波出射部３に対し、マゼンタインク層２１、シアンインク層２２、イエローインク層２４、黒インク層２３がそれぞれ所定の位置に設置された状態である。マゼンタ、シアン、イエローのそれぞれのインク層の横には黒インク層がそれぞれ配置されている。

そして、モノモード時には黒インク層２３以外の６つのインク層が移動し（図では左方向に）、全ての超音波出射部には黒インク層２３，２５（K-1 ２７、K-2 ２８、K-3 ２９、K-4 ３０）が配置される。これにより、カラーモードにはＹＭＣＫ４色のインク滴飛翔が可能であったが、モノモード時には全て黒インクのみの飛翔モードになる。

次に、駆動方法を示す。
図５はカラーモード時の超音波出射駆動タイミングを示す。
４色分の紙幅分のラインヘッドとしている。
そして、紙送り方向に対し４つのヘッドが順次並んでいるので、実際の駆動タイミングはヘッド位置に合わせたずれが見込まれるが、ここでは簡単のためにその反映はしていない。

また、図７は印字指示が行われてから、印字開始までに、印刷がモノモードであるか、カラーモードであるかを判断し、その準備を行うフローチャートである。

また、ＭＣＹＫの４つのヘッドを同時に駆動し、１行目の印字Ｍ１，Ｃ１，Ｙ１，Ｋ１を行う。次に、１ｄｏｔ分紙送りされた位置で２ライン目の駆動Ｍ２，Ｃ２，Ｙ２，Ｋ２を行う。このときの紙送りの速度はヘッドの駆動周期により左右される。
一般的には駆動周期が最短になるように紙送り設定がされるが、インク滴飛翔の最大周波数を超える事はできない。

図６はモノモードのときの駆動モードを示す。
紙送り速度をカラーモード時の４倍に設定し、１行目の黒印字はＫ１で行い、２行目の黒印字はＫ２の位置のヘッドによりＫ２２のタイミングで同様に３行目４行目を印字し、Ｋ１の黒インクでは２回目の印字は５行目の印字Ｋ１５を担当する。
このときの印字データの構造を、図９に示す。

図８は本来印刷したいデータの印刷イメージである。
すなわち、横方向がラインヘッドの長さ分のデータであり、縦方向が印刷用紙の送り方向の印刷データを示している。ライン１から順に並んでいる。

図９は図８のデータをモノ用に分割作成したものである。
ヘッドが４つある場合である。このように４つのデータファイルを作成し各ヘッドに送る。
このような駆動モードを持つことにより、各ヘッドの駆動周波数を上げることなく、図４、図６の場合には４倍の速度での高速印字をすることができるのである。

以上の構成によれば、ヘッドひとつあたり複数のインク層を設置し、そのうち少なくても一つのインクを同じインクにし、すべてのヘッドに対し同じインク滴を飛翔可能にするモードＡを設定し、モードによってインク層を移動可能にし、モードＡ時の印刷データをそれぞれのヘッド用に分割する機能を設け、モードＡ時には印刷するターゲットの搬送速度をモードＡ用に設定する機能を設け、駆動タイミングもモードＡ用にしたことにより、ヘッドの数ｎのとき、ヘッドの最高印刷速度に対しｎ倍の印刷速度での印刷を可能とすることができるのである。

すなわち、上述した構成による装置では、複数の超音波出射ヘッドの出射タイミングモードをもち、インク層に応じた超音波出射ヘッドの出射タイミングを設定する機能をもち、印字用データを印字モードに応じて分割する機能をもち、印字モードに応じた印刷ターゲットの搬送速度をもつことにより、インク種を変える場合にも、複数のインク種に対して共通のヘッドを使用することを可能とし、単一のプリンタで数多くのインク種の使用を容易に実現することができるのである。

なお、本発明は上述した実施の形態で説明した構造には限定されず、音響インクジェット記録装置を構成する各部の形状、構造等を適宜変形、変更し得ることはいうまでもない。

本発明に係る音響インクジェット記録装置の第１実施形態を示し、（ａ），（ｂ）は位置Ａ，Ｂでのヘッドの状態を示す概略図である。 超音波出射部のひとつの例を示す図である。 本発明に係る音響インクジェット記録装置の具体的な使用例を説明するための説明図である。 本発明に係る音響インクジェット記録装置の第２実施形態での具体的な使用例を説明するための説明図である。 カラーモード時の超音波出射駆動タイミングを示す図である。 モノモードのときの駆動モードを示す図である。 印字時の指示から印字開始までの動作を説明するためのフローチャートである。 本来印刷したいデータの印刷イメージを示す図である。 図８のデータをモノ用に分割作成した場合を示す図である。

符号の説明

１…ラインヘッド、２…カップリング剤、３…超音波出射部、４…第１インク層、５…第２インク層、６…記録ターゲット、７…インク層ブロック、８…規制スリット、１１…セル。

Claims (2)

1. 音響エネルギを記録画素単位に発生する音響エネルギ発生素子がライン状に配列されたラインヘッドと、
   異なる種類のインク層を前記ラインヘッドに選択的に作用すべく前記複数種のインク層を移動可能に保持するインク層保持手段と、
   異なる種類のインク層にそれぞれ対応して異なるモードで前記ラインヘッドを駆動するヘッド駆動制御手段とからなるラインヘッドユニットにより記録媒体に記録を行うことを特徴とする音響インクジェット記録装置。
2. 前記請求項１記載のラインヘッドユニットを複数用いて記録媒体に記録を行う音響インクジェット記録装置において、
   前記複数のラインヘッドユニットが異なる種類のインク層を用いて記録する第１のモードを有すると共に、
   前記複数のラインヘッドユニットが同種のインク層を用いて記録を行う第２のモードを有し、該第２モードによる記録の際に、
   前記記録媒体に記録すべき画像データを各前記ラインヘッドユニット毎に分割して供給する記録データ供給手段と、
   前記ラインヘッドユニットが同種のインク層で記録するユニット数をｎとした場合、前記ラインヘッドユニットが前記記録媒体を前記第１のモードのｎ倍の速度で走査すべく記録媒体を移動搬送する搬送手段と、
   を備えることを特徴とする音響インクジェット記録装置。

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