JP5888892B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

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Description

本発明は、記録データに基づき記録ヘッドからインク滴を吐出し、記録媒体に画像を記録するインクジェット記録装置に関する。
インクジェット記録装置は、液体のインクを微小なノズルから吐出して記録する構成である。そのため、非記録時にノズル内のインクの水分が蒸発して、インクの粘度上昇、インク中の色材の凝集が発生することがある。これにより、記録動作を開始するときに、インクの不吐出が発生したり、吐出が不安定になるなどの現象が発生し、記録ヘッドの吐出性能が低下することがある。
このため、従来のインクジェット記録装置は、記録媒体への記録に先立って、水分が蒸発し増粘したノズル内のインクを予備吐出または吸引する構成がとられている。
また、長時間非記録動作が継続する場合に、ノズル内のインクが乾燥により固着して吐出不良が生じることのないように、記録ヘッド表面を覆うキャップが設けられている。このキャップは、通常ゴムなどの材質で構成されており、キャップ自身が水分を透過させてしまう。そのため、キャッピング状態であっても、長時間非記録動作が継続すると、ノズル内のインクは徐々に水分が蒸発してしまい、次の記録動作を開始するときに予備吐出動作または吸引動作が必要になってしまう。
加えて、近年のインクジェット記録装置は、色域の拡大、階調性の向上、粒状性の低下等を図るために、インクを多色化するとともにノズルを微細化している。上述のように、キャッピングをしてもキャップ内で各色インクが水分の蒸発または吸湿を生じる。ここで、インクは色によって、水のモル分率が異なる。すなわち、相対的に乾燥が進みやすいインクとそうでないインクとが存在する。また、ノズルを微細化することにより、インクの水分蒸発による吐出不良が発生しやすくなる。そこで、従来に比べて、予備吐出動作や吸引動作の頻度を上げる必要がある。
特許文献1には、キャッピング動作の前にキャップ内に予備吐出を行うことが記載されている。キャップ内に予備吐出を行うことにより、ある一定期間、キャップ内の湿度がノズルの吐出不良発生の可能性が高まる湿度許容下限値を下回らないようにすることができる。さらに、水のモル分率の高いインクをキャップ内に予備吐出することにより、回復動作を行うまでの時間を長くすることができることが記載されている。
特開2009−262353号公報
しかしながら、特許文献1に記載された発明では、キャッピングする前にキャップ内に水のモル分率の高いインクを予備吐出するため、キャッピング後すぐに記録命令が来てキャッピング時間が短いような場合にも水のモル分率の高いインクを吐出してしまう。そのため、必要以上にインクを消費して、廃インク量が増えてしまうという課題があった。
このような事情に鑑みて、本発明の目的は、廃インク量を増大させることなく、インクの吐出性能低下を防止し高画質の記録を可能とする記録装置を提供することである。
本発明は、上記目的を達成するため、第1のインクを吐出する第1のインク吐出口と前記第1のインクよりも水のモル分率が高い第2のインクを吐出する第2のインク吐出口を有する記録ヘッドと、前記第1のインク吐出口および前記第2のインク吐出口をキャッピングする一つのキャップと、該キャップによって前記第1のインク吐出口および前記第2のインク吐出口がキャッピングされている時間を測定する測定手段と、を備えるインクジェット記録装置において、前記測定手段によって測定されたキャッピング時間が所定時間未満である場合は前記第1のインク吐出口及び前記第2のインク吐出口から同じ量のインクを予備吐出させ、前記キャッピング時間が前記所定時間以上である場合は前記第2のインク吐出口から予備吐出させるインク量を前記第1のインク吐出口から予備吐出させるインク量よりも多くする予備吐出手段を備えることを特徴とする。
本発明によれば、廃インク量を増大させることなく、インクの吐出性能低下を防止し高画質の記録を可能とする記録装置を提供することができる。
本発明のインクジェット記録装置の全体構成を示す斜視図である。 記録ヘッドの分解斜視図である。 記録ヘッドの分解斜視図である。 本発明のインクジェット記録装置における制御の構成を説明するためのブロック図である。 第1の実施形態に係る予備吐出動作を決定するフローチャートである。 第2の実施形態に係る予備吐出動作を決定するフローチャートである。 記録媒体の先端領域から中央領域を記録するときの使用ノズルの位置関係を示す図である。
(第1の実施形態)
以下に、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成はあくまで例示であり、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
図1は、本発明のインクジェット記録装置の全体構成を示す斜視図である。主走査モータ513の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア509〜511を介して回転するリードスクリュー505のらせん溝504に対して係合するキャリッジ550は不図示のピンを有し、ガイドレール503に支持されて矢印a,b方向に往復移動する。キャリッジ550には、記録ヘッドとインクタンクとを内蔵したインクカートリッジ560が搭載されている。
502は紙押え板であり、キャリッジ550の移動方向にわたって記録用紙Pをプラテン500に対して押圧する。507、508はフォトカプラで、キャリッジ550のレバー506を検知することにより、主走査モータ513の回転方向の切り換え等を行うホームポジション検出器である。
516はキャップホルダであり、記録ヘッドの吐出口面をキャッピングするためのキャップ522を支持する。515はキャップ522内のインクを吸引する吸引手段である。517は記録ヘッドの吐出口面をワイピングするためのワイパーである。
521は記録ヘッドの吸引動作を開始するためのレバーで、キャリッジ550と係合するカム520の移動に伴って移動し、主走査モータ513からの駆動力が伝達機構を介して伝達されることにより制御される。
図2、図3は記録ヘッドの分解斜視図である。本実施形態の記録ヘッドは、ヒータ基板の略垂直方向に液滴を吐出するサイドシュータ型であるバブルジェット(登録商標)方式の記録ヘッドである。この記録ヘッドH1001は、記録素子ユニットH1002、インク供給ユニットH1003、タンクホルダーH2000からなる。図2に示すように、記録素子ユニットH1002は、第1の記録素子H1100、第2の記録素子H1101、第1のプレートH1200、第2のプレートH1400、電気コンタクト基板H2200、電気配線テープH1300等から構成される。また、インク供給ユニットH1003は、インク供給部材H1500、流路形成部材H1600、ジョイントゴムH2300、フィルターH1700、シールゴムH1800等から構成される。
次に記録素子ユニットH1002について説明する。記録素子ユニットH1002は、以下の順に実装される。最初に、第1のプレートH1200と第2のプレートH1400の接合によるプレート接合体(素子基板)の形成、記録素子のプレート接合体へのマウント、が行われる。その後、電気配線テープH1300の積層と記録素子との電気接合、電気接続部の封止、が行われる。
第1のプレートH1200は、液滴の吐出方向に影響するため平面精度を要求される。第1のプレートH1200は、厚さ0.5mm〜10mmのアルミナ(Al)材料で構成されている。第1のプレートH1200には、第1の記録素子H1100にブラックインクを供給するためのインク供給口と、第2の記録素子H1101にシアン、マゼンタ、イエロー、グレーインクを供給するためのインク供給口が形成されている。
第2のプレートH1400は、厚さ0.5mm〜1mmの1枚の板状部材である。第2のプレートH1400は、第1のプレートH1200に接着固定される第1の記録素子H1100、第2の記録素子H1101の外形寸法よりも大きな開口H1401を有する。第2のプレートH1400は、第1のプレートH1200に接着材を介して積層固定され、プレート接合体を形成する。
記録素子H1100、H1101は、ノズル列H1104を有する。記録素子は、厚さ0.5mm〜1mmのSi基板に、インク流路として長溝状の貫通口からなるインク供給口と、インク供給口をはさんだ両側に千鳥状に配列されたヒータ列を有する。さらに、記録素子は、ヒータ列に直交する記録素子の辺にはヒータに接続され基板の両外側に接続パッドが配列された電極部を有する。
電気配線テープH1300(以下、配線テープ)は、TABテープが採用される。TABテープは、テープ基材(ベースフィルム)、銅箔配線、カバー層の積層体である。記録素子の電極部に対応するデバイスホールの2つの辺(接続辺)には、接続端子としてインナーリードH1302が延出する。配線テープH1300は、カバー層の側を第2のプレートH1400表面(テープ接着面)に熱硬化型エポキシ樹脂接続層を介して接着固定される。TABテープのベースフィルムは、キャップ522が当接する平滑な面となる。
配線テープH1300と記録素子H1100、H1101は、それぞれ熱超音波圧着法や異方性導電テープを介して電気的に接続される。TABテープの場合は、熱超音波圧着法によるインナーリードボンディング(ILB)が好適である。記録素子ユニットにおいては、配線テープH1300のリードと記録素子上のスタッドバンプとがILB接合される。
配線テープと記録素子との接合の後、インクによる腐食や外的衝撃から保護するため、第1の封止剤H1307及び第2の封止剤H1308により電気接続部分を封止する。第1の封止剤H1307は、主にマウントされた記録素子の外周部を封止する。第2の封止剤H1308は、記録素子と電極配線テープとの電気接続部の表側を封止する。
図4は、本発明のインクジェット記録装置における制御の構成を説明するためのブロック図である。400は、装置内の各機構からの情報を取得したりコマンドを送信したりすることによって、装置全体の制御を司るコントローラである。コントローラ400には、CPU401のほか、各種プログラムを格納するROM402や、CPU401の作業用の領域として使用されるRAM403が備えられている。ROM402には、上記プログラムのほか、各種制御に必要なテーブルや固定データなどが格納されており、本発明を実現するための回復シーケンス用の閾値や待機時間などもここに格納されている。
記録装置の外部に接続されたホスト装置404は画像データの供給源である。画像データ、その他のコマンド、ステータス信号等は、インターフェイス(I/F)405を介してコントローラ400との間で送受信される。
ヘッドドライバ406は、吐出データに応じて記録ヘッド130の個々のノズルに備えられた電気熱変換体(吐出ヒータ)を駆動する。本実施形態の記録ヘッド130は、電気熱変換体に電圧パルスが印加されることにより、ノズル内のインク中に膜沸騰を生じさせ、生成した泡のエネルギによってインクを滴として吐出させる仕組みによって行われている。但し、このような吐出方法は本実施形態を限定するものではない。どのような吐出方法を採用するにせよ、記録ヘッド130に備えられた個々のノズルから吐出信号に従ってインクを吐出することができる構成であれば、本実施形態に適用することができる。
主走査モータドライバ407は主走査モータ513を駆動するためのドライバであり、搬送モータドライバ408は搬送モータ16を駆動するためのドライバである。
吸引モータドライバ409は吸引モータ410を駆動するためのモータである。更に、タイマー412は、キャップによって記録ヘッドがキャッピングされてからの経過時間を測定するためのタイマーである。CPU401は、タイマー412から得られた経過時間をROM402に格納されている様々な閾値と比較し、比較結果に応じて回復系機構を制御する。
インクは、通常、水などの湿潤成分と、溶剤、保湿剤などの保湿成分とを含んでいる。このようなインクは、水の蒸気圧効果が起こっている。水の蒸気圧効果はモル分率によって決まる。すなわち、インク中の水の蒸気圧(水蒸気分圧)は、下記(1)の式で算出することができる。
インク中の水蒸気分圧=その温度での飽和水蒸気圧×インク中の水分モル分率(%) …(1)
一方、湿度とは一般的に相対湿度(%)を指し、ある温度での大気中に含まれる水蒸気分圧をその温度の飽和水蒸気圧で割ったものである。
大気中の水蒸気分圧=その温度での飽和水蒸気圧×相対湿度(%) …(2)
インクは、インク中の水蒸気分圧とその温度及び湿度における水蒸気分圧との差を埋めるように蒸発または吸湿して平衡状態になろうとする。平衡状態になろうとするときの蒸発速度または吸湿速度は、インク中の水分モル分率(%)と相対湿度(%)の差に比例することが知られている。
インク中の水分モル分率が相対湿度よりも高い場合は、インク中の水分が蒸発する。インク中の水分モル分率が相対湿度よりも低い場合は、インクは大気中より水分を吸湿して相対湿度に近づくようになる。
上記より、複数のインクを吐出する記録ヘッドを同一のキャップでキャッピングする場合に、インクによって水のモル分率がわずか数%異なるだけでもノズル内のインクの水分蒸発量は大きく異なることが分かる。通常、インク中のモル分率は相対湿度よりも高いため、水のモル分率が相対的に高いインクの方が水分蒸発によりインクの濃度が上昇する。そこで、水のモル分率が相対的に高いインクの水分蒸発によるインクの濃度上昇に対する対応が重要になる。
図5は、第1の実施形態に係る予備吐出動作を決定するフローチャートである。本実施形態では、記録命令が出されたときに、キャッピング時間に応じて予備吐出動作を変更する。
記録命令が出されると、ステップS11においてキャッピングされているか否かを判断する。キャッピングされていない場合は、ステップS12で通常の予備吐出動作を実行する。通常の予備吐出動作の場合は、シアン、マゼンタ、イエロー、グレーの全ノズルから同一のインク滴数の吐出を行う。本実施例においては、全ノズルから15発のインク吐出を行わせる。すなわち、記録ヘッドに予備吐出を行わせる予備吐出手段は、通常の予備吐出の場合は全ノズルから同数のインクを吐出させる。
キャッピングされている場合は、ステップS13でキャップオープン動作を実行する。キャップオープン動作とは、記録ヘッドの吐出口面からキャップを離間する動作である。
キャップオープン動作をした後は、ステップS14でキャッピング時間が所定時間以上であったか否かを判断する。本実施形態では、キャッピング時間が24時間を超えているか否かを判断する。ここで、記録装置本体の電気基板に設けられたタイマー412により、キャッピング時間を測定する。
キャッピング時間が所定時間未満の場合は、ステップS15で通常の予備吐出動作を実行する。キャッピング時間が所定時間以上の場合は、ステップS16で濃度ムラ対策の予備吐出動作を実行する。濃度ムラ対策の予備吐出動作の場合は、マゼンタ、イエローのノズルからは15発のインク吐出を行わせる。シアンのノズルからは50発のインク吐出を行わせる。グレーのノズルからは100発のインク吐出を行わせる。すなわち、記録ヘッドに予備吐出を行わせる予備吐出手段は、濃度ムラ対策の予備吐出の場合は、通常の予備吐出動作の場合と予備吐出の動作を変更する。
シアン、グレーのノズルから吐出させる吐出数を増やす理由について説明する。本発明で使用するシアン、マゼンタ、イエロー、グレーの水のモル分率は以下の値である。シアンは0.932、マゼンタは0.927、イエローは0.929、グレーは0.938である。すなわち、第1インクであるところのマゼンタインクの水のモル分率と、第2インクであるところのグレーインクの水のモル分率が異なる。本発明で使用する4色のインクの中では、グレーインクが相対的に水のモル分率が高い。そのため、長時間キャッピングされた場合、グレーインクは水分蒸発により濃度上昇が顕著に発生し、記録画像の低下が発生する。グレーインクの次にシアンインクの水のモル分率が高い。そこで、グレーインクと、シアンインクの予備吐出の吐出数を、他の色のインクよりも多く設定している。
本実施形態によれば、インクの違いによる水のモル分率の値によって、予備吐出の吐出数を変更している。そのため、廃インク量を増やすことなく、インクの濃度上昇を解消し、高画質の記録を行うことができる。
(第2の実施形態)
図6は、第2の実施形態に係る予備吐出動作を決定するフローチャートである。本実施形態では、キャッピング時間と記録モードに応じて予備吐出動作を変更する。
記録命令が出されると、ステップS21においてキャッピングされているか否かを判断する。キャッピングされていない場合は、ステップS22で通常の予備吐出動作を実行する。通常の予備吐出動作の場合は、第1の実施形態と同様に、シアン、マゼンタ、イエロー、グレーの全ノズルから15発のインク吐出を行わせる。
キャッピングされている場合は、ステップS23でキャップオープン動作を実行する。キャップオープン動作をした後は、ステップS24でキャッピング時間が所定時間以上であったか否かを判断する。本実施形態でも、キャッピング時間が24時間を超えているか否かを判断する。
キャッピング時間が所定時間未満の場合は、ステップS25で通常の予備吐出動作を実行する。キャッピング時間が所定時間以上の場合は、ステップS26で記録モードが特殊紙モードであるか否かを判断する。記録モードが特殊紙モードでない場合は、ステップS27で通常の予備吐出動作を実行する。記録モードが特殊紙モードである場合は、ステップS28で濃度ムラ対策の予備吐出動作を実行する。濃度ムラ対策の予備吐出動作の場合は、第1実施形態と同様に、マゼンタ、イエローのノズルからは15発のインク吐出を行わせ、シアンのノズルからは50発のインク吐出を行わせ、グレーのノズルからは100発のインク吐出を行わせる。
記録モードによって予備吐出動作を変更する理由について説明する。記録モードが特殊紙モードの場合は画像ムラが視認しやすい。そのため、所定の場合は、濃度ムラ対策の予備吐出動作を実行する。一方、記録モードが特殊紙モードでない場合、すなわち普通紙モードの場合は、画像ムラが視認しにくい。そこで、廃インク量が増えることを防ぐために、通常の予備吐出動作を実行する。
本実施形態によれば、キャッピング時間と記録モードに応じて予備吐出動作を変更するため、廃インク量を増やすことなく、高画質の記録を行うことができる。
(第3の実施形態)
図7を用いて第3の実施形態を説明する。本実施形態では、1ノズル列が512ノズルで構成される記録ヘッドを使用する。写真画質などの高画質な記録を行うときは、記録媒体の同一領域に対して異なるノズルを用いて複数回の記録動作で画像を完成させるマルチパス記録を行う。例えば、2パス記録の場合は1回の紙送り量を256ノズル分の長さとし、4パス記録の場合は1回の紙送り量を128ノズル分の長さとする。
4パス記録の場合、記録媒体の搬送方向における中央領域(先端領域及び後端領域以外の領域)では512ノズル全てを使用して記録を行うため、1回の搬送量は128ノズル分の長さとなる。4回の走査で画像を完成させるため、中央領域では、1ブロックが128ノズルとなる。
4パス記録で記録媒体の先端領域を記録する場合は128ノズルだけ使用するため、1回の搬送量は32ノズル分の長さとなる。4回の走査で画像を完成させるため、先端領域では1ブロックが32ノズルとなる。
先端領域から中央領域に移行する領域を移行領域といい、使用ノズルを徐々に増やしていく。図7を用いて、先端領域から移行領域を経て中央領域に至るまでの記録動作を説明する。
図7は、記録媒体の先端領域から中央領域を記録するときの使用ノズルの位置関係を示す図である。図7において矢印tが記録媒体の搬送方向である。図7においては、説明を簡単にするために全ノズル数を16として説明する。ノズル列のノズル番号は、搬送方向の上流側を1とし下流側を16とする。中央領域では4ノズルを1ブロックとして4パス記録を行う。一方、先端領域では記録媒体の搬送方向において上流側の4ノズルを使用して記録を行う。先端領域では1ノズルを1ブロックとして4パス記録を行う。先端領域では記録媒体の搬送方向の上流側の1番から4番のノズルを使用する。
図7において、(N−3)から(N)走査は先端領域を記録している状態を示す。上述のように1番から4番の4ノズルを使用して記録を行い、1回の搬送量は1ノズル分である。例えば、(N−3)走査で1番のノズルで記録された領域は、次の(N−2)走査では2番のノズルで記録され、その次の(N−1)走査では3番のノズルで記録され、(N)走査では4番のノズルで記録される。
(N)走査で先端領域の記録が終了し、(N)走査から(N+1)走査への搬送量は4ノズル分の長さとなり、これ以降の搬送量は4ノズルとなる。(N+1)走査では、(N)走査までは使用していなかった5番から7番のノズルでも記録を行い、全部で7ノズル使用して記録を行う。同様に、(N+2)走査では、8番から10番のノズルを使用するようになり、全部で10ノズル使用して記録を行う。(N+3)走査では、11番から13番のノズルを使用するようになり、全部で13ノズル使用して記録を行う。そして、(N+4)走査では、14番から16番のノズルを使用するようになり、全ての16ノズルを使用して記録を行う。(N+5)走査以降は、全ての16ノズル使用して記録を行う。
先端領域から中央領域へ移行する移行領域においては、これまでに使用されていたノズルと新たに使用を開始するノズルとでは、ノズル内のインクの状態が大きく異なる。使用されているノズルはインクタンクから正常な濃度のインクが供給されるため、濃度上昇が解消されていく。しかしながら、新たに使用を開始するノズルでは、そのようなことはない。
そこで、本実施形態では、記録媒体の先端から使用するノズルについてはそれ以外のノズルよりも予備吐出の吐出数を減らすように制御する。具体的には、濃度ムラ対策の予備吐出動作において、中央ノズルと下流側ノズルは、マゼンタ、イエローのノズルからは15発のインク吐出を行わせ、シアンのノズルからは50発のインク吐出を行わせ、グレーのノズルからは100発のインク吐出を行わせる。それに対して、先端領域の記録において使用する上流側ノズルは、マゼンタ、イエローのノズルからは15発のインク吐出を行わせる。また、シアンのノズルからは、中央ノズルと下流側ノズルの半分の25発のインク吐出を行わせる。同様に、グレーのノズルからは50発のインク吐出を行わせる。
本実施形態によれば、先端領域で使用するノズルの予備吐出数を減らすことができるため、廃インク量を減らすことができる。
522 キャップ
550 キャリッジ
560 プリントヘッド

Claims (6)

  1. 第1のインクを吐出する第1のインク吐出口と前記第1のインクよりも水のモル分率が高い第2のインクを吐出する第2のインク吐出口を有する記録ヘッドと、前記第1のインク吐出口および前記第2のインク吐出口をキャッピングする一つのキャップと、該キャップによって前記第1のインク吐出口および前記第2のインク吐出口がキャッピングされている時間を測定する測定手段と、を備えるインクジェット記録装置において、
    前記測定手段によって測定されたキャッピング時間が所定時間未満である場合は前記第1のインク吐出口及び前記第2のインク吐出口から同じ量のインクを予備吐出させ、前記キャッピング時間が前記所定時間以上である場合は前記第2のインク吐出口から予備吐出させるインク量を前記第1のインク吐出口から予備吐出させるインク量よりも多くする予備吐出手段を備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
  2. 記録モードが特殊紙モードであるか否かを判断する判断手段をさらに備え、前記予備吐出手段は、前記判断手段によって特殊紙モードでないと判断された場合は、前記キャッピング時間が前記所定時間以上であっても前記第1のインク吐出口及び前記第2のインク吐出口から同じ量のインクを予備吐出させることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット記録装置。
  3. 前記第1のインクはマゼンタインクまたはイエローインクであることを特徴とする請求項1または2に記載のインクジェット記録装置。
  4. 前記第2のインクはシアンインクまたはグレーインクであることを特徴とする請求項3に記載のインクジェット記録装置。
  5. 前記第1のインクはシアンインクであり、前記第2のインクはグレーインクであることを特徴とする請求項1または2に記載のインクジェット記録装置。
  6. 前記キャッピング時間が前記所定時間以上である場合に前記第1のインク吐出口から予備吐出させるインク量は、前記キャッピング時間が前記所定時間未満である場合に前記第1のインク吐出口及び前記第2のインク吐出口から予備吐出させるインク量よりも多いことを特徴とする請求項4または5に記載のインクジェット記録装置。
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