JP2012171152A - 記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録媒体に対する印字精度を向上することができる記録装置を提供する。
【解決手段】インクがインク滴として吐出される複数の吐出孔２９ａ、複数の吐出孔２９ａにそれぞれ通じる複数の加圧室３１、複数の加圧室３１にそれぞれ通じる共通流路２７、およびインクを加熱するヒータ５３ｂを有した吐出ヘッド５と、吐出ヘッド５に対して記録媒体１０１を相対的に移動させる搬送部３と、ヒータ５３ｂを制御する制御部７と、を備えた記録装置１であって、搬送部３は、吐出ヘッド５に対して記録媒体１０１を第１の速度で相対的に移動させる第１速度モードと、吐出ヘッド５に対して記録媒体１０１を第１の速度よりも速い第２の速度で相対的に移動させる第２速度モードと、を有しており、制御部７は、搬送部３が第２速度モードで動作している場合に、搬送部３が第１速度モードで動作している場合と比べて、インクの温度が上がるようにヒータ５３ｂを制御する。
【選択図】図５

Description

本発明は、吐出孔からインク滴を吐出することにより記録媒体に対して印字する記録装置に関する。

近年、インクジェット方式を利用した記録装置が、一般消費者向けのプリンタだけでなく、例えば、電子回路の形成、液晶ディスプレイ用のカラーフィルタの製造、有機ＥＬディスプレイの製造といった工業用途にも広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。このような記録装置は、吐出ヘッドと、吐出ヘッドに対して記録媒体を相対的に移動させる搬送部とを備えている。また、この吐出ヘッドは、複数の吐出孔と、複数の吐出孔にそれぞれ通じる複数の加圧室と、複数の加圧室にそれぞれ通じる共通流路とを備えている。共通流路から吐出孔に至る空間にはインクが満たされている。そして、複数の加圧室の容積が変化してインクに圧力が付与されることにより、複数の加圧室から複数の吐出孔にインクが送出され、複数のインク滴が複数の吐出孔から吐出される。このようにして、記録装置は、記録媒体に対して印字することができる。

特開平１１−３０９８７７号公報

上記の記録装置における吐出ヘッドでは、複数の吐出孔、および複数の加圧室に対して共通流路が共通化されている。したがって、共通流路内の圧力伝搬により、複数の吐出孔、および複数の加圧室内のインクの圧力は、相互に影響する。例えば、ある吐出孔の周囲に位置する吐出孔で、頻繁にインク滴が吐出されている場合、ある吐出孔からインク滴を吐出しようとすると、インクが加圧室側に引き込まれているため、所望の体積および所望の吐出速度でインク滴を吐出することができない可能性があった。そのため、記録媒体に対する印字精度が低下する。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、記録媒体に対する印字精度を向上することができる記録装置に関する。

本発明の記録装置における一態様は、インクがインク滴として吐出される複数の吐出孔、該複数の吐出孔にそれぞれ通じる複数の加圧室、該複数の加圧室にそれぞれ通じる共通流路、および前記インクを加熱するヒータを有した吐出ヘッドと、該吐出ヘッドに対して記録媒体を相対的に移動させる搬送部と、前記ヒータを制御する制御部と、を備えた記録装置であって、前記搬送部は、前記吐出ヘッドに対して前記記録媒体を第１の速度で相対的に移動させる第１速度モードと、前記吐出ヘッドに対して前記記録媒体を前記第１の速度よりも速い第２の速度で相対的に移動させる第２速度モードと、を有しており、前記制御部は、前記搬送部が前記第２速度モードで動作している場合に、前記搬送部が前記第１速度モードで動作している場合と比べて、前記インクの温度が上がるように前記ヒータを制御する。

本発明の記録装置は、記録媒体に対する印字精度を向上することができるという効果を
奏する。

本実施形態に係る記録装置の要部を模式的に示す斜視図である。 上記の記録装置の吐出ヘッドの要部を模式的に示す断面図である。 上記の吐出ヘッドのフロントエンドを破断・拡大して示す模式的な斜視図である。 上記のフロントエンドを模式的に示す平面図である。 上記の記録装置の要部を模式的に示すブロック図である。 上記の記録装置の吐出ヘッドにおける吐出孔からのインク滴の吐出タイミングを説明する図である。

図１は、本実施形態に係る記録装置１の要部を模式的に示す斜視図である。

なお、記録装置１および後述する吐出ヘッド５は、いずれの方向が上方または下方とされてもよいものであるが、以下では、便宜的に、直交座標系ｘｙｚを定義するとともに、ｚ方向の正側（図１の紙面上方）を上方として、上面、下面等の用語を用いることがあるものとする。

記録装置１は、例えば、記録媒体（例えば、紙等）１０１を矢印ｙ１で示す方向へ搬送する搬送部３と、搬送されている記録媒体１０１に向けてインク滴を吐出する吐出ヘッド５と、搬送部３および吐出ヘッド５の動作を制御する制御部７とを有している。

搬送部３は、例えば、図示しない供給スタックに積層された複数の記録媒体１０１を一ずつ図示しない排出スタックへ搬送する。搬送部３は、公知の適宜な構成とされてよい。図１では、搬送経路がストレートパスとされ、記録媒体１０１に当接するローラ９と、ローラ９を回転させるモータ１１とが設けられた搬送部３が例示されている。

吐出ヘッド５は、記録媒体１０１の搬送経路の途中に配置されており、ｚ方向の正側から記録媒体１０１に対向する。吐出ヘッド５は、記録媒体１０１の印画面および搬送方向に直交する方向（主走査方向、ｘ方向）にシャトル運動を行うシリアルヘッドであってもよいし、当該直交する方向に固定されたラインヘッドであってもよい。なお、本実施形態においては、吐出ヘッド５がラインヘッドである場合を例に挙げて説明する。

吐出ヘッド５は、ｘ方向の複数位置においてインク滴を記録媒体１０１に吐出、付着させる。当該動作が、記録媒体１０１の搬送に伴って繰り返し行われることにより、記録媒体１０１には２次元画像が形成される。

制御部７は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ、ＣＰＵを含んで構成されている。制御部７は、モータ用ドライバ１３に制御信号を出力することにより、所望の電圧をモータ１１に印加して、搬送部３を制御する。同様に、制御部７は、吐出ヘッド用ドライバ１５に制御信号を出力することにより、所望の電圧を吐出ヘッド５に印加して、吐出ヘッド５を制御する。なお、制御部７による搬送部３および吐出ヘッド５の具体的な制御方法については後述する。

図２は、吐出ヘッド５の要部を模式的に示す断面図である。

吐出ヘッド５は、フロントエンド５ａと、バックエンド５ｂとを有している。フロントエンド５ａの詳細構成については後述する。バックエンド５ｂは、基体５１ｂと、図示し
ないインクタンクからインクが導入されるインク導入部材５２ｂと、インクを加熱するヒータ５３ｂとを有している。インク導入部材５２ｂは、インクを貯留する空間を形成する。また、本実施形態におけるヒータ５３ｂは、基体５１ｂの上面５１１ｂに設けられている。なお、ヒータ５３ｂが設けられる位置については特に限定されない。インク導入部材５２ｂに導入されたインクは、ヒータ５３ｂにおいて加熱され、フロントエンド５ａに供給される。なお、実際には、バックエンド５ｂには、インクを濾過するフィルタ、制御部７からの制御信号が伝達される信号ケーブルが通る孔等が設けられているが、説明の便宜上、ここでの詳細な説明は省略する。

図３は、フロントエンド５ａを破断・拡大して示す模式的な斜視図である。なお、図３の下方が記録媒体１０１に対向する側である。

フロントエンド５ａは、例えば、圧電素子の機械的歪によりインクに圧力を付与するピエゾ式のヘッドである。フロントエンド５ａは、インク滴を吐出する複数の吐出ユニット１９を有している。複数の吐出ユニット１９は、ｘｙ平面において配列されており、各吐出ユニット１９は１ドットに対応している。

また、別の観点では、フロントエンド５ａは、インクを貯留する空間を形成する流路部材２１と、流路部材２１に貯留されているインクに圧力を付与するためのアクチュエータユニット２３（一部流路部材２１に兼用）とを有している。複数の吐出ユニット１９は、流路部材２１およびアクチュエータユニット２３により構成されている。

流路部材２１の内部には、複数の個別流路２５と、複数の個別流路２５に通じる共通流路２７とが形成されている。個別流路２５は、吐出ユニット１９毎に設けられている。各個別流路２５は、記録媒体１０１に対向する吐出孔２９ａを含むディセンダ２９と、ディセンダ２９に通じる加圧室３１と、加圧室３１に通じるとともに、共通流路２７の内周面に開口する供給孔３３とを有している。

複数の個別流路２５および共通流路２７にはインクが満たされている。複数の加圧室３１の容積が変化してインクに圧力が付与されることにより、複数の加圧室３１から複数のディセンダ２９へインクが送出され、複数の吐出孔２９ａからは複数のインク滴が吐出される。また、複数の加圧室３１へは複数の供給孔３３を介して共通流路２７からインクが補充される。

複数の個別流路２５および共通流路２７の断面形状あるいは平面形状は、適宜に設定されてよい。本実施形態では、加圧室３１は、ｚ方向において一定の厚さに形成されるとともに、ｚ方向に見てｘ方向およびｙ方向を対角線方向とする菱形とされている。その菱形のｙ方向の一方の角部はディセンダ２９と連通され、他方の角部は供給孔３３と連通されている。

流路部材２１は、例えば、複数の基板が積層されることにより構成されている。具体的には、流路部材２１は、複数の個別流路２５および共通流路２７を構成する貫通孔が形成された第１基板３５Ａ〜第８基板３５Ｈと、複数の加圧室３１の上面開口を塞ぐ振動板３７とを有している。

複数の基板３５の厚みおよび積層数は、複数の個別流路２５および共通流路２７の形状等に応じて適宜に設定されてよい。複数の基板３５は、適宜な材料により形成されてよく、例えば、金属、セラミック、あるいはシリコンにより形成されている。

アクチュエータユニット２３は、例えば、撓みモードピエゾヘッドを構成する、ユニモ
ルフ型の圧電素子により構成されている。具体的には、例えば、アクチュエータユニット２３は、加圧室３１側から順に積層された、振動板３７、共通電極３９、圧電体４１、および複数の個別電極４３を有している。個別電極４３は、吐出ユニット１９毎に設けられている。

振動板３７、共通電極３９、および圧電体４１は、例えば、複数の加圧室３１を覆うように複数の加圧室３１に共通に設けられている。一方、個別電極４３は、加圧室３１毎に設けられており、その広さは、加圧室３１の広さよりも若干小さい。具体的には、個別電極４３は、概ね、加圧室３１と相似形（本実施形態では概ね菱形）とされており、また、その角部には、端子４５が接続されている。なお、振動体３７、共通電極３９、および圧電体４１は、加圧室３１毎に設けられていてもよい。

振動板３７、共通電極３９、圧電体４１、および複数の個別電極４３は、適宜な材料により形成されてよい。例えば、振動板３７は、セラミック、酸化シリコン、あるいは窒化シリコンにより形成されている。共通電極３９および複数の個別電極４３は、例えば、白金、あるいはパラジウムにより形成されている。圧電体４１は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等のセラミックにより形成されている。

圧電体４１は、厚さ方向（ｚ方向）を分極方向とされている。したがって、共通電極３９および個別電極４３に電圧を印加して、圧電体４１に対して分極方向に電界を作用させると、圧電体４１は面内で収縮する。この収縮により振動板３７は、圧力室３１側に凸となるように撓み、その結果、圧力室３１の体積は変化する。

複数の吐出ユニット１９は、概ね、記録媒体１０１の搬送方向（ｙ方向）および搬送方向に直交する方向（ｘ方向）に配列されている。より具体的には、複数の吐出ユニット１９がｘ方向に配列された列に関しては、隣接する列間においては、ｘ方向の位置を互いに異ならせて交互に加圧室３１が配置されており、ｘ方向に見て加圧室３１同士がｙ方向において一部重複している。ｙ方向の配列についても同様である。

図４は、フロントエンド５ａを模式的に示す平面図である。

フロントエンド５ａは、複数（図３では４つ）のブロック５１を有している。図４では図示しないが、複数の吐出ユニット１９は、各ブロック５１に多数配置されている。アクチュエータユニット２３は、例えば、ブロック５１毎に設けられている。流路部材２１は、例えば、複数のブロック５１に共通に設けられている。ブロック５１（アクチュエータユニット２３）は、例えば、概ね台形状に形成されており、ｙ方向に見て一部が重複するように互い違いにｘ方向に配列されている。

図４においては、共通流路２７が点線で示されている。共通流路２７は、マニホルド状に形成されており、フロントエンド５ａの表面に開口し、バックエンド５ｂからインクが供給される開口部２７ａと、開口部２７ａから延びる主流路２７ｂと、主流路２７ｂから分岐する複数の副流路２７ｃとを有している。

図３において示された、共通流路２７の、供給孔３３が開口する部分は、副流路２７ｃであり、ｘ方向に延びるとともに、ｙ方向に配列されている。なお、共通流路２７は、ブロック５１毎に設けられている。ただし、本実施形態では、複数の共通流路２７は、隣接するブロック５１間において互いに一部が共有化され、互いに接続されている。

図５は、記録装置１の要部を模式的に示すブロック図である。

搬送部３は、吐出ヘッド５に対して記録媒体１０１を第１の速度で相対的に移動させる低速モード（第１速度モード）と、吐出ヘッド５に対して記録媒体１０１を第１の速度よりも速い第２の速度で相対的に移動させる高速モード（第２速度モード）と、を有している。本実施形態では、低速モードにおける第１の速度は、２ｍ／ｍｉｎ〜３０ｍ／ｍｉｎである。また、高速モードにおける第２の速度は、７５ｍ／ｍｉｎ〜３００ｍ／ｍｉｎである。搬送部３が低速モードで動作している場合、一般に、記録媒体１０１に対する印字精度は向上する。一方、搬送部３が高速モードで動作している場合、一般に、記録媒体１０１に対する印字精度は低下する。このように、印字速度が下がれば印字精度は向上し、印字速度が上がれば印字精度は低下する。

制御部７は、低速モードで動作するようにあるいは高速モードで動作するように搬送部３を制御する。具体的には、制御部７は、搬送部３が低速モードで動作するように、モータ用ドライバ１３に制御信号を出力する。モータ用ドライバ１３は、制御部７から出力された制御信号に従って、搬送部３を低速モードで動作させる。また、制御部７は、搬送部３が高速モードで動作するように、モータ用ドライバ１３に制御信号を出力する。モータ用ドライバ１３は、制御部７から出力された制御信号に従って、搬送部３を高速モードで動作させる。なお、制御部７がモータ用ドライバ１３に制御信号を出力するタイミングについては、特に限定されない。本実施形態では、使用者が切り替えスイッチを操作した場合に、制御部７は、モータ用ドライバ１３に制御信号を出力する。

なお、上記では、制御部７が搬送部３を制御する例について説明したが、これに限定されない。例えば、使用者が切り替えスイッチを操作することにより、制御部７を介することなく、搬送部３が自らモードを切り替えるようにしてもよい。なお、本実施形態のように、制御部７が搬送部３を制御すれば、制御部７の検知結果に応じて搬送部３のモードを切り替えることができるため、好ましい。

制御部７は、搬送部３が低速モードで動作している場合に、搬送部３が高速モードで動作している場合と比べて、インクの温度が下がるようにヒータ５３ｂを制御する。本実施形態では、ヒータ５３ｂの発熱量を小さくすることにより、インクの温度が４５℃から４０℃に下がるようにヒータ５３ｂを制御する。インクの温度が下がると、インクの粘度は大きくなる。なお、インクの粘度は、インクのねばりの度合いを示す。インクの粘度が大きくなると、加圧室３１が過度に負圧となっても、吐出孔２９ａ内のインクが加圧室３１側に引き込まれる可能性を低減できる。このため、吐出孔２９ａからインク滴を吐出する場合、所望の体積および所望の吐出速度でインク滴を吐出することができる。

また、制御部７は、搬送部３が高速モードで動作している場合に、搬送部３が低速モードで動作している場合と比べて、インクの温度が上がるようにヒータ５３ｂを制御する。本実施形態では、ヒータ５３ｂの発熱量を大きくすることにより、インクの温度が４０℃から４５℃に上がるようにヒータ５３ｂを制御する。インクの温度が上がると、インクの粘度は小さくなる。インクの粘度が小さくなると、共通流路２７に貯留するインクは加圧室３１側に流れ易くなる。このため、共通流路２７に貯留するインクの量が不足する可能性を低減できる。高速モードでは、低速モードと比べて、後述する１周期（１サイクル）Ｔ１が短く（図６参照）、短期間のうちに、吐出孔２９ａから複数のインク滴を吐出する必要があるからである。また、高速モードでは、低速モードと比べて、短期間のうちに、吐出孔２９ａから複数のインク滴を吐出するので、吐出孔２９ａ内のインクが加圧室３１側に引き込まれる可能性は少ない。このように、高速モードでは、低速モードと比べて、インクの温度が上がるようにヒータ５３ｂを制御することにより、インクの粘度を小さくして、共通流路２７に貯留するインクを加圧室３１側に流れ易くしている。

図６は、制御部７により制御される、複数の吐出ユニット１９における吐出孔２９ａか
らのインク滴の吐出タイミングを説明する図である。具体的には、図６は、吐出ユニット１９（共通電極３９および個別電極４３）へ出力される吐出信号の波形パターン（時系列変化）を示している。図６の上段は、搬送部３が高速モードで動作している場合の吐出信号の波形パターンであり、図６の下段は、搬送部３が低速モードで動作している場合の吐出信号の波形パターンである。図６において、横軸は時刻ｔを示し、縦軸は電位Ｅを示している。

まず、図６の上段を参照して、搬送部３が高速モードで動作している場合の吐出信号の波形パターンについて説明する。吐出ヘッド５の駆動方式は、Push-Pull方式、Pull-Push方式、Pull-Push-Pull方式等の公知の駆動方式から適宜に選択されてよい。以下では、Pull-Push方式を例にとって説明する。

Pull-Push方式では、駆動に先立って、共通電極３９および吐出孔２９ａに対応する個
別電極４３に電圧が印加されている（時刻ｔ０）。したがって、振動板３７は撓み、加圧室３１の容積は縮小されている。そして、パルスの立ち下り（時刻ｔ１）に対応して、加圧室３１の容積は拡大し、インクが加圧室３１に引き込まれ、パルスの立ち上がり（時刻ｔ２）に対応して、加圧室３１の容積は縮小し、インクが加圧室３１から送出される。これにより、インク滴が吐出孔２９ａから吐出される。

このように、幅Ｔ０の吐出パルス１つにより１つのインク滴が吐出される。幅Ｔ０を変えることにより、インク滴の体積および吐出速度を変えることができる。

搬送部３が高速モードで動作している場合、搬送部３により記録媒体１０１を解像度に応じた距離で移動させるのに要する期間は、Ｔ１となる。すなわち、搬送部３が高速モードで動作している場合の１周期はＴ１となる。

なお、図６の上段では、期間Ｔ１内に、幅Ｔ０の１つの吐出パルスを印加している例について図示したが、これに限定されない。すなわち、期間Ｔ１内に、複数の吐出パルスを印加してもよい。

次に、図６の下段を参照して、搬送部３が低速モードで動作している場合の吐出信号の波形パターンについて説明する。

図６の上段と同様、駆動に先立って、共通電極３９および吐出孔２９ａに対応する個別電極４３に電圧が印加されている（時刻ｔ０）。したがって、振動板３７は撓み、加圧室３１の容積は縮小されている。そして、パルスの立ち下り（時刻ｔ１）に対応して、加圧室３１の容積は拡大し、インクが加圧室３１に引き込まれ、パルスの立ち上がり（時刻ｔ２）に対応して、加圧室３１の容積は縮小し、インクが加圧室３１から送出される。これにより、インク滴が吐出孔２９ａから吐出される。

このように、幅Ｔ０の吐出パルス１つにより１つのインク滴が吐出される。幅Ｔ０を変えることにより、インク滴の体積および吐出速度を変えることができる。

搬送部３が低速モードで動作している場合、搬送部３により記録媒体１０１を解像度に応じた距離で移動させるのに要する期間は、Ｔ２となる。すなわち、搬送部３が低速モードで動作している場合の１周期はＴ２となる。なお、期間Ｔ２は、期間Ｔ１よりも長い。

なお、図６の下段では、期間Ｔ２内に、幅Ｔ０の１つの吐出パルスを印加している例について図示したが、これに限定されない。すなわち、期間Ｔ２内に、複数の吐出パルスを印加してもよい。

なお、加圧室３１への圧力付与の方法は、適宜な方法とされてよい。すなわち、吐出ヘッド５は、ピエゾ式ヘッドに限定されず、例えば、インクを加熱して気泡を発生させることによりインクに圧力を付与するサーマル式ヘッドであってもよい。また、ピエゾ式の吐出ヘッド５は、撓みモードヘッドに限定されず、例えば、振動板３７の振動方向に圧電体を収縮させる縦モードヘッドであってもよいし、圧電体の剪断変形を利用するシアモードヘッドであってもよい。撓みモードヘッドは、ユニモルフ型ヘッドに限定されず、互いに対向する２つの圧電体を有するバイモルフ型ヘッドであってもよい。

また、吐出孔２９ａ、ディセンダ２９、加圧室３１、および供給孔３３を含む個別流路２５の形状、および、共通流路２７の形状は、実施形態において例示したものに限定されない。例えば、吐出孔２９ａ、ディセンダ２９、加圧室３１、および供給孔３３は、その一部または全部が一体化されてよく、必ずしもその境界位置が明確でなくてもよい。例えば、サーマルヘッドにおいて、ディセンダと加圧室とは一体化されてよい。また、例えば、共通流路（副流路２７ｃ）は、平面視において必ずしも加圧室３１に重なっている必要はなく、加圧室３１の側方等に位置してもよい。また、例えば、供給孔３３が開口する共通流路（副流路２７ｃ）は、搬送方向や搬送方向に斜めに交差する方向に延びてもよい。

１ 記録装置
３ 搬送部
５ 吐出ヘッド
５ａ フロントエンド
５ｂ バックエンド
５３ｂ ヒータ
７ 制御部
２７ 共通流路
２９ａ 吐出孔
３１ 加圧室
１０１ 記録媒体

Claims (2)

1. インクがインク滴として吐出される複数の吐出孔、該複数の吐出孔にそれぞれ通じる複数の加圧室、該複数の加圧室にそれぞれ通じる共通流路、および前記インクを加熱するヒータを有した吐出ヘッドと、該吐出ヘッドに対して記録媒体を相対的に移動させる搬送部と、前記ヒータを制御する制御部と、を備えた記録装置であって、
   前記搬送部は、前記吐出ヘッドに対して前記記録媒体を第１の速度で相対的に移動させる第１速度モードと、前記吐出ヘッドに対して前記記録媒体を前記第１の速度よりも速い第２の速度で相対的に移動させる第２速度モードと、を有しており、
   前記制御部は、前記搬送部が前記第２速度モードで動作している場合に、前記搬送部が前記第１速度モードで動作している場合と比べて、前記インクの温度が上がるように前記ヒータを制御する、記録装置。
2. 前記制御部は、前記第１速度モードで動作するようにあるいは前記第２速度モードで動作するように前記搬送部を制御する、請求項１に記載の記録装置。

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