JP5625507B2 - プリンタヘッド及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、プリンタヘッド及び画像形成装置に関し、特に、光源からの光をレンズで集光して直接又は間接的に液体を加熱し気泡を発生させることによって圧力波を発生し、インクを吐出するプリンタヘッドに関する。

インクジェットプリンタは、インクを吐出して紙などの記録媒体に印刷するプリンタである。小型で低コストのカラー印刷ができるため近年急速に普及している。また、画像品質も改善されてきている。

インクジェットプリンタにおいて、インクを吐出させる方式には主に、ピエゾなどのマイクロアクチュエータでインク液室（以下、「インク室」と略す）内に圧力波を発生させ、インク室に連通したノズルからインクを吐出させる方式や、インク室内のインクを加熱し気泡を発生させて圧力波を発生させることによってインクを吐出させる方式がある。

また、インク液室内のインクを加熱し気泡を発生させて圧力波を発生させる方式としては、インク室内に電熱ヒータを設け、電熱ヒータに通電することで発熱しインクを加熱する方法や、光をインク室に照射し、光エネルギーを熱エネルギーに変換してインクを加熱する方法がある。

特許文献１ないし３では、光源からの光をレンズで集光して直接又は間接的に液体を加熱し気泡を発生させることによって圧力波を発生し、インクを吐出させ、印刷している。

図６と図７に、このような、光源からの光をレンズで集光して直接又は間接的に液体を加熱し気泡を発生させることによって圧力波を発生し、インクを吐出するプリンタヘッドを例示する。

図６のプリンタヘッドは、ノズル１０１、集光レンズ１０２、光吸収発熱体１０４、光源１０６を有する。光源１０６からの光を集光レンズ１０２で集光して光吸収発熱体１０４に照射し、光吸収発熱体１０４で発生した熱で気泡１０５を発生させることによって圧力波が発生し、ノズル１０１からインク１０３のインク滴が吐出して印刷することができる。

図７のプリンタヘッドは、ノズル１１１、集光レンズ１１２、インク室１１３、緩衝液室１１４を有する。光源からの光が集光レンズ１１２で集光されて、緩衝液室１１４内の緩衝液を加熱して気泡を発生させることによって、圧力波が発生しインク室１１３に伝搬してノズル１１１からインク滴が吐出して、印刷することができる。

特許文献１は、複数の光源からの光をレンズで集光して直接又は間接的に液体を加熱し気泡を発生させることによって圧力波を発生し、インクを吐出させることによって、マルチノズル化を実現することができるとしている（段落００３５）。しかしながら、複数の光源を用いる際の、具体的な光源の形態は記述されていない。

特許文献２は、光源からの光をレンズで集光して直接又は間接的に液体を加熱し気泡を発生させることによって圧力波を発生し、インクを吐出させる際に、単一の光源を用いる（段落００３４）。単一の光源からの光を回転するポリゴンミラーに照射して偏向させることによって走査する。しかしながら、この方式では、同時に複数のインクを吐出することができず、印字速度が遅くなってしまう。

特許文献３は、光源についてアレイ光源を用いることも記載されているが、１次元配列のアレイ光源である。１次元配列では、プリンタヘッドの長さに限界があり、それほど多く配列させることができない。印字速度も走査方式に比べれば格段に速くなっているが、十分な速さではない。なお、特許文献２は、ノズルが２次元配列されているが光を２次元で走査させているだけなので、印字速度の高速化にはなっていない。

本発明は、上記実情に鑑みて、画像形成速度の高速化を実現するプリンタヘッド及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、第１の態様として、インク液滴を吐出する複数のノズルが２次元配列されたノズルアレイと、前記複数のノズルの各々に対応するインク液室と、前記複数のノズルの各々に対応する複数の光源が２次元配列された面発光レーザアレイと、前記複数の光源の各々から出射されたレーザ光を、対応する前記インク液室近傍に集光するマイクロレンズが２次元配列されたマイクロレンズアレイと、を備え、前記インク液室に接する一の面に前記ノズルを、前記一の面に対向する面に前記マイクロレンズを、それぞれ有することを特徴とする、プリンタヘッドを提供するものである。

また、本発明は、第２の態様として、前記プリンタヘッドと、前記プリンタヘッドをシート状の記録媒体の記録面上に走査させる手段と、入力された画像データに対応して前記面発光レーザアレイを構成する前記複数の光源を選択的に発光させる手段と、を備え、前記画像データに対応する画像を前記シート状の記録媒体上に形成することを特徴とする、画像形成装置を提供するものである。

本発明によれば、画像形成速度の高速化を実現するプリンタヘッド及び画像形成装置を提供することが可能となる。

本発明による第１の実施形態のプリンタヘッドの斜視図である。 本発明による第１の実施形態のプリンタヘッドの分解斜視図である。 本発明による第１の実施形態のプリンタヘッドの上面図である。 本発明による第１の実施形態のプリンタヘッドからインクが吐出する態様の説明図である。 本発明による第２の実施形態のプリンタ装置の構成図である。 従来技術によるプリンタヘッドを例示する図（その１）である。 従来技術によるプリンタヘッドを例示する図（その２）である。

以下、本発明を好適に実施した形態について図面を参照しながら説明する。下記第１の実施形態は、プリンタヘッドの実施形態であり、第２の実施形態はプリンタ装置の実施形態である。

（第１の実施形態）
図１及び図２に、本実施形態のプリンタヘッドの概略構成を示す。
本実施形態のプリンタヘッド１は、インク室３２と、インク流路３３と、２次元配列されたノズル３１と、２次元配列されたマイクロレンズアレイ２０と、２次元配列された面発光レーザアレイ１０とを有する構成である（図２参照）。

図１に示すように、プリンタヘッド１は、上から順に、面発光レーザアレイ１０とマイクロレンズアレイ２０とノズル・インク流路・インク室層３０とを積層させて構成する。

図２に示すように、面発光レーザアレイ１０は、面発光レーザ１１を２次元的に配列させて構成する。

同様に、マイクロレンズアレイ２０も、マイクロレンズ２１を２次元的に配列させて構成する。ここで配列の態様は、上層の面発光レーザ１１のそれぞれに下層のマイクロレンズ２１の各々が対応するようにする。

ノズル・インク流路・インク室層３０は、２次元的に配列されたノズル３１及びインク室３２を有する構成である。ここで配列の態様は、マイクロレンズ２１同様、上層のマイクロレンズ２１のそれぞれにノズル３１及びインク室３２の各々が対応するようにする。

各インク室３２は、インク流路３３を介してインク流入口３４と連通している。

図１及び図２に示した面発光レーザアレイ１０は、面発光レーザ１１のみで、電極１２、１３や配線１４、パッド１５を省略して図示している。図３に電極１２、１３や配線１４、パッド１５の省略をしないで面発光レーザアレイ１０の上面図を示す。

図３に示すように、面発光レーザアレイ１０の上面には、メサの上部及び周囲に電極１２、１３が形成され、それぞれ配線１４を介してパッド１５に接続されており、面発光レーザ１１は、個別に制御して発光させることが可能である。

つまり、１つ１つの面発光レーザ１１に対応して配設された電極１２、１３や配線１４、パッド１５により面発光レーザ１１の各々は、他の面発光レーザ１１とは独立して発光する。すなわち、電極１２、１３や配線１４、パッド１５は、発光制御手段として機能する。

図４に、本実施形態のプリンタヘッド１からインクが吐出する態様を説明する図を示す。図４（ａ）に示すように、インク流路３３を介してインク流入口３４に連通しているインク室３２は、インクが満たされている。

面発光レーザ１１から出射されたレーザ光は、マイクロレンズ２１によってインク室３２内又はインク室３２近傍で集光する（図４（ｂ））。

集光したレーザ光は、光エネルギーが熱エネルギーに変換し、発生した熱によって、インク室３２内でインクの気化が始まり気泡が形成され、気化したときに発生した圧力波によってインク室３２内のインクがノズル３１から突出する（図４（ｃ））。

インク滴は、ノズル３１から吐出し、また、インク流路３３を介してインク室３２にインクが補給される（図４（ｄ））。

このように、本実施形態で説明した構造のプリンタヘッドにすることで、小さいサイズのプリンタヘッド内に多くのノズルを形成させることができ、かつ、複数のノズルから同時にインクを吐出できるので、高速な印刷が可能となる。

（第２の実施形態）
図５に、本実施形態のプリンタ装置１２０の構成図を示す。
プリンタ装置１２０は、演算処理装置１２１と、第１の実施形態で説明したプリンタヘッド１と、面発光レーザアレイドライバ１２２と、プリンタヘッド走査手段１２３と、モータドライバ１２４と、紙送り手段１２５と、モータドライバ１２６を備える。

演算処理装置１２１は、プリンタ装置１２０全体の制御を行い、画像データの入力を受けて、普通紙等のシート状の記録媒体に、入力した画像データに基づく画像を形成し、出力する。

面発光レーザアレイドライバ１２２は、プリンタヘッド１を構成する面発光レーザアレイ１０を駆動し制御するドライバである。

プリンタヘッド走査手段１２３は、プリンタヘッド１を主走査方向（及びその逆方向）に動かして、プリンタヘッド１にシート状の記録媒体の面上を走査させる手段である。

モータドライバ１２４は、プリンタヘッド走査手段１２３を構成するモータを駆動し制御するドライバである。

紙送り手段１２５は、シート状の記録媒体を副走査方向に動かして、プリンタヘッド１にシート状の記録媒体の面上を走査させる手段である。

モータドライバ１２６は、紙送り手段１２５を構成するモータを駆動し制御するドライバである。

画像データが演算処理装置１２１に入力されると、演算処理装置１２１は、入力された画像データに対応した面発光レーザアレイドライバ１２２を駆動する信号、モータドライバ１２４を駆動する信号、モータドライバ１２６を駆動する信号を生成し、それぞれ、面発光レーザアレイドライバ１２２、モータドライバ１２４、モータドライバ１２６に送信する。

面発光レーザアレイドライバ１２２、モータドライバ１２４、モータドライバ１２６は、それぞれ、受信した信号に基づいて、プリンタヘッド１、プリンタヘッド走査手段１２３、紙送り手段１２５を駆動する。その結果、入力した画像データに対応した画像がシート状記録媒体上に形成される。

このように、本実施形態のプリンタ装置によれば、上記第１の実施形態で説明した高速印刷が可能なプリンタヘッド１を用いて画像を形成することができるので、高速な印刷が可能となる。

１ プリンタヘッド
１０ 面発光レーザアレイ
１１ 面発光レーザ
１２，１３ 電極
１４ 配線
１５ パッド
２０ マイクロレンズアレイ
２１ マイクロレンズ
３０ ノズル・インク流路・インク室層
３１ ノズル
３２ インク室
３３ インク流路
３４ インク流入口
１２０ プリンタ装置
１２１ 演算処理装置
１２２ 面発光レーザアレイドライバ
１２３ プリンタヘッド走査手段（主走査）
１２４ モータドライバ（主走査）
１２５ 紙送り手段（副走査）
１２６ モータドライバ（副走査）

特開２０００−０４３２７０号公報 特開２０００−１６８０９０号公報 特開２００３−０３４０３０号公報

Claims (3)

1. インク液滴を吐出する複数のノズルが２次元配列されたノズルアレイと、
   前記複数のノズルの各々に対応するインク液室と、
   前記複数のノズルの各々に対応する複数の光源が２次元配列された面発光レーザアレイと、
   前記複数の光源の各々から出射されたレーザ光を、対応する前記インク液室近傍に集光するマイクロレンズが２次元配列されたマイクロレンズアレイと、を備え、
   前記インク液室に接する一の面に前記ノズルを、前記一の面に対向する面に前記マイクロレンズを、それぞれ有することを特徴とする、プリンタヘッド。
2. 前記複数の光源の各々を他の前記光源とは独立して発光させる複数の発光制御手段を備えることを特徴とする、請求項１記載のプリンタヘッド。
3. 請求項１又は２記載のプリンタヘッドと、
   前記プリンタヘッドをシート状の記録媒体の記録面上に走査させる手段と、
   入力された画像データに対応して前記面発光レーザアレイを構成する前記複数の光源を選択的に発光させる手段と、
   を備え、前記画像データに対応する画像を前記シート状の記録媒体上に形成することを特徴とする、画像形成装置。

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