JP2014188925A - 液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録ヘッドと媒体との間に外部からの気流を生成して記録ヘッドと媒体との間であるヘッド下空間における渦の発生を抑制してヘッド下空間に浮遊する小液滴による風紋等の発生を抑制し、媒体の汚損を可及的に低減し得る液体噴射装置を提供する。
【解決手段】 複数のノズル開口１１を並設させたノズル列１Ａを備えた液体噴射ヘッドを有するとともに、ノズル開口１Ａから印刷対象である媒体に向けて吐出される液滴のうち主滴の着弾には影響を与えることなく、前記液滴の吐出に起因して形成される気流により生成される渦を抑制するようにノズルプレートと媒体との間に気流Ｗを発生させる気流発生手段を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は液体噴射装置に関し、特に隣接するノズル開口の間隔が狭い高密度のノズル列を有する液体噴射ヘッドを搭載する液体噴射装置に適用して有用なものである。

液体噴射装置に搭載されノズル開口を介して液体を吐出する液体噴射ヘッドの代表例として、例えば圧電アクチュエーターの変位による圧力を利用してノズルからインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッド（以下、「記録ヘッド」ともいう）が知られている。この種の記録ヘッドでは、一般に、ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板の一方面側に圧電アクチュエーターを設け、この圧電アクチュエーターを変形させることで圧力発生室内のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させている。

液体噴射装置には、紙などの記録シート等である被噴射媒体に対して液体噴射ヘッドを主走査方向に移動させながら印刷を行うシリアル型の液体噴射装置と、被記録媒体の幅方向に亘ってノズル開口が設けられた液体噴射ヘッドを固定し、被記録媒体を搬送するだけで印刷を行うライン型の液体噴射装置とが実用化されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、シリアル型およびライン型の何れの液体噴射装置であっても、隣接するノズル開口の間隔が狭い、高密度のノズル列を有する記録ヘッドにおいては、ノズル開口を介してのインク滴の吐出により発生する気流が、隣接ノズル開口との間の相乗効果で渦流を形成する。一方、ノズル開口からインク滴を吐出した場合には、媒体に着弾されて目的の印字等を構成する主滴（メイン液滴）の他に、この主滴から分離した小液滴（以下、「サテライト滴」とも呼称する）が発生し、ノズルプレートと媒体との間に浮遊している。この結果、前記渦で前記サテライト滴が巻上げられ、媒体上に不規則に付着することで風紋と呼称される印刷汚れが発生し、印刷品質の低下を招来する。かかる風紋の形成は、媒体と液体噴射ヘッドとが相対的に移動することに伴い発生する気流によっても助長される。

かかる問題を解決するために、記録ヘッドのインクを吐出する液体噴射面側に、ノズル開口から被噴射対象である媒体近傍までを覆うフードを設け、被噴射媒体と記録ヘッドとの相対的な移動によって発生した気流によってサテライト滴が主滴とは異なる位置に着弾する現象を抑制するようにした描画ヘッド装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平５−１６３７０号公報 特開２０００−６２１６６号公報

しかしながら、特許文献２のように、記録ヘッドにフードを設けただけでは、逆にフードによって巻き込まれた乱気流が発生し、サテライト滴が被噴射媒体の主滴とは異なる位置に着弾し、印刷品質が低下してしまうとともに、メニスカスの破壊が発生してしまうという問題がある。かかる問題は、特に記録ヘッドと被噴射媒体との相対的な移動速度が高速化され、またインク滴の吐出周期を規定する駆動信号の高周波化による高速印刷を行う場合に顕著に表れる。

なお、このような問題はインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドだけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。

本発明は、上記従来技術に鑑み、記録ヘッドと媒体との間に外部からの気流を生成して記録ヘッドと媒体との間であるヘッド下空間における渦の発生を抑制してヘッド下空間に浮遊する小液滴による風紋等の発生を抑制し、媒体の汚損を可及的に低減し得る液体噴射装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の態様は、複数のノズル開口を並設させたノズル列を備えた液体噴射ヘッドを有するとともに、前記ノズル開口から印刷対象である媒体に向けて吐出される液滴のうち主滴の着弾には影響を与えることなく、前記液滴の吐出に起因して形成される気流により生成される渦を抑制するように前記ノズルプレートと前記媒体との間に気流を発生させる気流発生手段を有することを特徴とする液体噴射装置にある。
本態様によれば、ノズルプレートと媒体との間の空間であるヘッド下空間に気流発生手段により外部からの気流を流すことで液滴の吐出に伴うヘッド下空間における渦の発生を可及的に防止し得る。この結果、本来的に媒体に向けて吐出される主滴の着弾には影響を与えず、ヘッド下空間に浮遊する小液滴の媒体上への着弾に伴う風紋等、印刷汚れの発生を良好に抑制し得る。

ここで、前記気流は、前記ノズル列に交叉する方向から供給するのが望ましい。この場合には、ノズル列における隣接ノズル開口間に浮遊する小液滴を効果的に攪拌し得るからである。ちなみに、風紋等の原因となる渦流は、ノズル列における隣接ノズル開口間の間隙に形成される。したがって、ノズルプレートと媒体との間に発生させる気流の方向はノズル列に直交するように発生させる場合が最も効果的である。

前記気流発生手段は、前記媒体の搬送方向に対し、前記液体噴射ヘッドにおけるいずれか一方の側で、当該液体噴射装置の本体に配設する場合、前記気流発生手段は、前記媒体の搬送方向に対し、前記液体噴射ヘッドにおける両側で、当該液体噴射装置の本体にそれぞれ配設する場合が考えられる。

また、前記気流発生手段は、前記媒体の搬送方向に対し、前記液体噴射ヘッドにおけるいずれか一方の側で、前記液体噴射ヘッドに一体的に配設しても良く、また前記媒体の搬送方向に対し、前記液体噴射ヘッドにおける両側で、前記液体噴射ヘッドに一体的にそれぞれ配設しても良い。

さらに、前記液体噴射ヘッドは、前記媒体の搬送方向に対し直交する方向に移動するとともに、前記気流発生手段は、前記液体噴射ヘッドの移動方向に対し反対方向に向かう気流を供給するように構成するのが望ましい。この場合には、液体噴射ヘッドの移動により空気抵抗に起因して形成される気流の方向と、気流発生手段で形成される気流の方向とが一致するので、両者の相乗効果により効果的に風紋等の発生を抑制して印刷面の汚損を抑制し得る。

第１の実施の形態に係る液体噴射装置の構成を示す模式的斜視図である。 液体噴射ヘッドのノズル列と気流の方向との関係を示す説明図である。 液体噴射装置の制御系の構成を示すブロック線図である。 記録ヘッドの移動方向と気流の発生方向との関係を示す説明図である。 気流の速度とサテライトの着弾ずれ量との関係を示す特性図である。 第２の実施の形態に係る液体噴射ヘッドの構成を示す模式的構成図である。

以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る液体噴射装置の構成を示す模式的斜視図である。同図に示すように、本形態に係るインクジェット式記録装置（以下、「記録装置」ともいう）Ｉは、主走査方向Ｘに沿い移動して所定の印刷を行う記録ヘッド１を搭載した、いわゆるシリアル型の装置である。ここで、記録ヘッド１は、インク供給手段を構成するインクカートリッジ２が着脱可能に設けられ、キャリッジ３に搭載されて、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向（主走査方向Ｘ）に移動可能に設けられている。この記録ヘッド１は、例えば、ブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。

装置本体４は、図１中においては一部を点線により示してその内部の様子を示すようにしているが、中空箱状形状であり、印刷媒体である記録シートＳが給紙される給紙口および排紙口が設けられている。

また、インクジェット式記録装置Ｉには、詳しくは後述するが、当該記録装置Ｉの動作を制御する制御手段である制御部１１０が設けられている。

そして、駆動モーター６の駆動力が、プーリー６ａ，６ｂ、図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッド１を搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。他方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて副走査方向Ｙに搬送されるようになっている。

気流発生手段であるファン２３は、相対向する両側に送風口（図示せず）を有し、記録ヘッド１側に向かう気流および記録ヘッド１側とは反対側に向かう気流を形成する。さらに詳言すると、ファン２３は、記録ヘッド１のノズル開口から記録シートＳに向けて吐出されるインク滴のうち主滴の着弾には影響を与えることなく、前記インク滴の吐出に起因して形成される気流により生成される渦を抑制するように記録ヘッド１のノズルプレートと記録シートＳとの間（以下、「ヘッド下空間」と称す）に気流を発生させる。すなわち、図２に示すように、記録ヘッド１（本例ではＫ，Ｃ，Ｍ，Ｙ用の４個のヘッドユニットを有している）のノズルプレートに形成されたノズル列１Ａはノズル開口１１が副走査方向に並設されてなる。本形態において、ファン２３（図１参照）が形成する気流Ｗはノズル列１Ａに対して直交するように供給される。このように、気流Ｗがノズル列１Ａに対して直交するように形成することは必須ではなく、交叉するように形成されていればヘッド下空間における渦の生成抑止効果はある。ただ、直交する関係となっている場合が最も効率よく渦の発生を抑制できる。

記録ヘッド１は、内部にノズル開口１１と連通する流路が設けられており、図示しない圧力発生室の内部に充填されたインクに圧力発生手段によって圧力変化を生じさせることでノズル開口１１からインク滴を吐出する。ここで、圧力発生室内に圧力変化を生じさせる圧力発生手段としては、例えば電気機械変換機能を呈する圧電材料を有する圧電素子を用いた圧電アクチュエーターや、圧力発生室内に発熱素子を配置して、発熱素子の発熱で発生するバブルによってノズル開口１１からインク滴を吐出するものや、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させて圧力発生室内に圧力変化を生じさせてノズル開口１１からインク滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエーターなどを用いることができる。

かかる本形態の記録装置Ｉによれば、ファン２３よりヘッド下空間に気流を流すことができる。この結果、インク滴の吐出に伴うヘッド下空間における渦の発生を可及的に防止し得る。この結果、本来的に媒体に向けて吐出される主滴の着弾には影響を与えず、ヘッド下空間に浮遊するサテライト滴の媒体上への着弾に伴う風紋等、印刷汚れの発生を良好に抑制し得る。

次に、本発明の第１の実施の形態に係る記録装置の制御系を示すブロック図である図３に基づき、上述の如き記録装置Ｉの制御系について説明する。同図に示すように、制御系の中には、記録装置Ｉの制御を行う制御部１１０が設けられている。制御部１１０は、ＣＰＵ１１１と、装置制御部１１２と、容量性負荷である圧電素子３００の駆動回路であるヘッド制御部１１３とを備えている。

ここで、ＣＰＵ１１１からキャリッジ３（図１参照）の移動を示す信号が装置制御部１１２に入力されると、装置制御部１１２は、駆動モーター６を駆動させてキャリッジ３をキャリッジ軸５に沿って主走査方向Ｘに移動させるとともに、ＣＰＵ１１１からの記録シートＳ（図１参照）の搬送を示す信号が装置制御部１１２に入力され、装置制御部１１２が供給ローラー（図示せず）を駆動して記録シートＳを副走査方向Ｙに搬送させる。ＣＰＵ１１１からは装置制御部１１２を介してファン２３の駆動も制御する。具体的には、ファン２３の回転数および回転方向を制御する。回転数はヘッド下空間に供給する送風量を規定するものであり、回転方向は記録ヘッド１側に向けた送風か、その反対側に向けた送風かを規定する。ここで、回転方向は、駆動モーター６の回転方向を検出することで、キャリッジ３の主走査方向Ｘに関する移動方向を検出し、この検出データに基づきＣＰＵ１１１により回転方向が規定され、その情報に基づいて所定の方向にファン２３の回転方向が規定される。

図４は記録ヘッド１の移動方向と気流の発生方向との関係を示す説明図である。図１に示す記録装置Ｉは、図４（ａ）および図４（ｂ）に示す態様として表わされる。すなわち、装置本体４（図１参照；以下同じ）に対しキャリッジ３が、主走査方向Ｘに沿い図中左側から右側に移動する場合には、気流（図中の「風」；以下同じ）が右側から左側に流れるようにファン２３を回転駆動する。このことにより、キャリッジ３の移動に伴う空気抵抗に起因して形成される右側から左側へ向かう気流とファン２３で形成される気流とが重畳されてヘッド下空間を右側から左側に流れる。かかる気流により記録ヘッド１の吐出動作に伴うヘッド下空間での渦流の発生を良好に防止できる。この結果、風紋発生の原因となる渦流によるサテライト滴の巻上げが防止され、良好な印刷品質を得ることができる。

記録装置Ｉにおいてキャリッジ３の移動方向が逆転された場合は、ファン２３の回転方向を逆転させてファン２３による気流の方向を逆転させれば良い。

ファンは装置本体４の左端部に配設しても良い。すなわち、キャリッジ３およびファン２４の位置関係が図４（ｃ）および図４（ｄ）に示すように配設することもできる。図４（ｃ）および図４（ｄ）に示す場合も、キャリッジ３の移動に伴い形成される気流とファン２４により形成される気流の方向が一致するようにファン２４の回転方向が制御される。

図４（ｅ）および図４（ｆ）に示すようにファン２３，２４を装置本体４の左右両端部に配設しても良い。この場合、図４（ｅ）に示すように、キャリッジ３が図中右向に移動する場合は、ファン２３を正回転、ファン２４を逆回転させて図中に示す「風」の方向に気流を発生させる。また、図４（ｆ）に示すように、キャリッジ３が図中左方向に移動する場合は、ファン２３を逆回転、ファン２４を正回転させて図中に示す「風」の方向に気流を発生させる。このことにより図４（ａ）〜図４（ｄ）と同様の気流を形成することができる。

図５は気流の速度とサテライトの着弾ずれ量との関係を示す特性図である。同図に示すように、主滴から分離されたサテライト滴はヘッド下空間（ＰＧ空間）における気流の速度が大きくなるにつれて、副走査方向Ｙにおけるズレ量（Ｙ着ズレ量）が小さくなることが分る。この場合のパラメーターとしては記録ヘッド１の印字周波数、ノズル列１Ａ（図２参照）におけるノズル開口１１間の間隔、ＰＧ空間の隙間およびキャリッジ３の走査速度等が考えられるが、かかるパラメーター毎に最適なＰＧ間の気流速度を予め計測してそのデータをＣＰＵ１１１のＲＡＭに記憶させておくことにより、前記データに基づきファン２３等の回転数を適宜制御することで、インク滴の吐出に伴うＰＧ間の渦の発生を良好に抑制して、Ｙ着ズレ量を小さくすることで風紋の発生を良好に抑制することができることが分る。

＜第２の実施の形態＞
図６は本発明の第２の実施の形態に係る液体噴射ヘッドの部分を抽出して、その構成を示す模式的構成図である。同図に示すように、本形態では気流発生手段であるファン２５，２６がキャリッジ３を介して記録ヘッド１と一体的に構成してある。ここで、ファン２５，２６は主走査方向Ｘに関する両側に配設してあり、一方（例えばファン２５）の正転時には他方（例えばファン２６）が逆回転駆動されるように装置制御部１１２（図３参照）で制御される。また、ファン２５，２６の下端の開口部には、記録ヘッド１のノズル面１Ｂと記録シートＳの表面との間の空間であるヘッド下空間に気流を導くためのガイド部材２７，２８が一体的に固着されている。

ここで、ファン２５，２６の正転時には、ファン２５，２６から、ヘッド下空間に向かう気流が、逆回転時にはヘッド下空間から外側に向かう気流を形成する。かくしてファン２５の正転時で、ファン２６の逆転時にはヘッド下空間において図中右側から左側に向かう気流が形成され、ファン２６の正転時で、ファン２５の逆転時にはヘッド下空間において図中左側から右側に向かう気流が形成される。前者が図４（ｅ）に示すモードと同様の場合であり、当該モードではキャリッジ３が図中の左側から右側に移動される。一方、後者は図４（ｆ）に示すモードと同様の場合であり、当該モードではキャリッジ３が図中の右側から左側に移動される。かかる回転および移動の制御は図３に示す制御系において、駆動モーター６の回転方向を検出することで検出されるキャリッジ３の移動方向に合わせて装置制御部１１２によりファン２５，２６の回転方向を適宜制御することにより行われる。

なお、本形態ではファン２５，２６を記録ヘッド１の両側に配設したが、勿論何れか一方でも構わない。この場合は図４（ａ）および図４（ｂ）、または図４（ｃ）および図４（ｄ）に示す状態と同様のキャリッジ３の移動方向と気流の方向との関係が形成され、有効にヘッド下空間における渦流の発生を抑制して風紋等の発生を未然に防止し得る。ここで、ヘッド下空間の気流は、記録ヘッド１から記録シートＳに吐出される主インク滴の着弾には影響を与えない程度の気流とすることは、ファン２３等の回転数を制御することで容易に実現できる。

（他の実施の形態）
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、図１に示す実施の形態は、記録シートＳの搬送方向と交差する方向（主走査方向Ｘ）に移動するキャリッジ３に記録ヘッド１を搭載し、記録ヘッドユニットを主走査方向に移動させながら印刷を行う、いわゆるシリアル型のインクジェット式記録装置であるが、これに限るものではない。記録ヘッドが固定されて記録シートＳを搬送するだけで印刷を行う、いわゆるライン式のインクジェット式記録装置であっても、勿論構わない。

また、上記実施の形態では、液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録装置を挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッドを具備する液体噴射装置全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドを具備する液体噴射装置にも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。

Ｉ 記録装置（インクジェット式記録装置）、 １ 記録ヘッド、 １Ａ ノズル列、 ３ キャリッジ、 Ｓ 記録シート、 １１ ノズル開口、２３〜２６ ファン、 １１０ 制御部、 １１２ 装置制御部、 １１３ ヘッド制御部、 ３００ 圧電素子

Claims (7)

1. 複数のノズル開口を並設させたノズル列を備えた液体噴射ヘッドを有するとともに、前記ノズル開口から印刷対象である媒体に向けて吐出される液滴のうち主滴の着弾には影響を与えることなく、前記液滴の吐出に起因して形成される気流により生成される渦を抑制するように前記ノズルプレートと前記媒体との間に気流を発生させる気流発生手段を有することを特徴とする液体噴射装置。
2. 請求項１に記載する液体噴射装置において、
   前記気流は、前記ノズル列に交叉する方向から供給するようにしたことを特徴とする液体噴射装置。
3. 請求項１または請求項２に記載する液体噴射装置において、
   前記気流発生手段は、前記媒体の搬送方向に対し、前記液体噴射ヘッドにおけるいずれか一方の側で、当該液体噴射装置の本体に配設したことを特徴とする液体噴射装置。
4. 請求項１または請求項２に記載する液体噴射装置において、
   前記気流発生手段は、前記媒体の搬送方向に対し、前記液体噴射ヘッドにおける両側で、当該液体噴射装置の本体にそれぞれ配設したことを特徴とする液体噴射装置。
5. 請求項１または請求項２に記載する液体噴射装置において、
   前記気流発生手段は、前記媒体の搬送方向に対し、前記液体噴射ヘッドにおけるいずれか一方の側で、前記液体噴射ヘッドに一体的に配設したことを特徴とする液体噴射装置。
6. 請求項１または請求項２に記載する液体噴射装置において、
   前記気流発生手段は、前記媒体の搬送方向に対し、前記液体噴射ヘッドにおける両側で、前記液体噴射ヘッドに一体的にそれぞれ配設したことを特徴とする液体噴射装置。
7. 請求項１〜請求項６の何れか一項に記載する液体噴射装置において、
   前記液体噴射ヘッドは、前記媒体の搬送方向に対し直交する方向に移動するとともに、
   前記気流発生手段は、前記液体噴射ヘッドの移動方向に対し反対方向に向かう気流を供給するようにしたことを特徴とする液体噴射装置。

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