JP6045191B2 - インクジェット記録装置および記録方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット記録装置および記録方法に関し、特に、記録ヘッドの吐出口面に親水処理を施したインクジェット記録装置および記録方法に関する。

インクジェット方式の記録装置は、インクを吐出するための吐出口が設けられている面（以下、吐出口面ともいう）に撥水処理等の処理を施すことがある。インクジェット記録装置の吐出口の周囲に不均一にインクが付着していた場合、インクを吐出するとき吐出されたインクが付着したインクに引っ張られて、吐出方向が寄れることがあるため、このような処理を施す。

吐出口面の処理は、撥水処理を施されることが多いが、近年、顔料インクや高機能インクなど、撥水処理の機能が十分に発揮されにくい環境や、小液滴吐出など、吐出口内のインクの増粘がしやすい環境などでは、親水処理も行われることがある。例えば、特許文献１には、このような吐出口面を、超親水性を有する材料でコーティングすることにより親水処理を施した記録ヘッドが開示されている。

このような親水性を有する吐出口面は、吐出口面全面に薄膜のインクが存在するため、付着インクと親水面との間に濡れ性の差が起きにくく、また、吐出口面に十分なインクが存在するため、吐出口内のインクが乾燥しにくい。

特開２００１−１０５５９９号公報

ところで、近年、インクジェット記録ヘッドでは、さらなる高画質化、高速化を目指している。そのため、小液滴化、高周波数駆動に対応するように、吐出口の配列密度は、例えば６００ｄｐｉ以上と非常に高いものとなってきている。

このような吐出口の配列密度が高く、かつ親水性の吐出口面を有する記録ヘッドでインク吐出すると、吐出口面全面に広がったインクが吐出口の周囲に溜まってインクが溢れ、吐出口の周囲のインクが蓄積する。その結果、ある時点で吐出口の周囲のインクが吐出口を塞いでしまい、記録途中にインクの不吐出が生じることがある。記録途中にインクの不吐出が生じると、使用しているインクが単色の場合は画像欠陥となることがあり、また、使用しているインクが複数色の場合は画像の濃度ムラになることがある。

本発明は以上の点を鑑みてなされたものであり、親水性を有する吐出口面を備える記録ヘッドを用いて記録を行う場合であっても、高速な連続記録でも安定した吐出が可能であるインクジェット記録装置および記録方法を提供する。

そのため本発明のインクジェット記録装置は、第１のインクを吐出する第１の吐出口と第２のインクを吐出する第２の吐出口とが設けられ親水性を有するように処理された吐出口面を有する記録ヘッドと、前記吐出口面をワイピングするワイピング動作を行うワイピング手段と、前記ワイピング動作の後に、第１の強度で前記第１の吐出口及び前記第２の吐出口に第１の予備吐出動作を行わせる予備吐出手段と、を備え、前記予備吐出手段は、前記第１の予備吐出動作の後に吐出された前記第１のインクの量が閾値以上になった場合、前記第１の強度より高い第２の強度に変更して前記第１の吐出口及び前記第２の吐出口に第２の予備吐出動作を行わせるインクジェット記録装置であって、前記予備吐出手段は、前記第１の予備吐出動作の後に吐出された前記第１のインクの量が前記閾値未満であっても、前記第１の予備吐出動作の後に吐出された前記第２のインクの量が前記閾値以上になった場合、前記第２の予備吐出動作を前記第１の吐出口及び前記第２の吐出口に前記第２の強度に変更せずに前記第１の強度のままで行わせることを特徴とする。

以上の構成によれば、吐出口面に溢れたインクによって吐出が阻害されるおそれがあるときに、予備吐出の強度を上げることにより吐出口の目詰まりを防止する。これにより、親水性を有する吐出口面を備える記録ヘッドを用いて記録を行う場合であっても、高速な連続記録でも安定した吐出を行うことができる。

第１の実施形態のインクジェット記録装置主要部を示す斜視図である。 第１の実施形態の記録ヘッドの吐出口面を示す模式図である。 第１の実施形態の記録装置の制御系の構成を示すブロック図である。 第１の実施形態の記録装置の記録動作を示すフローチャートである。 インクの不吐出の状態を示す模式図である。 第１の実施形態の総吐出量と駆動条件の関係を示すグラフである。 第５の実施形態の総吐出量と駆動条件の関係を示すグラフである。

以下に図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

（第１の実施形態）
以下、本発明を実施するための形態について図を参照して説明する。

図１は、本実施形態のインクジェット記録装置主要部を示す斜視図である。インクジェット記録装置に着脱可能に搭載された記録ヘッド１は、インクタンクを別途備え、インクタンクからチューブ等によりインクを供給して、画像形成を行う。記録ヘッド１には、インクの種類によってインク供給部が設けられており、記録ヘッド１内部でインクが混合しないように、インクごとに個別の液室が設けられている。

給紙ローラ５によって供給される記録媒体４は、図に示す矢印方向に回転する紙送りローラ２と補助ローラ３によって挟持されながらｙ方向（副走査方向）に搬送される。一対のローラ５は、記録媒体４を挟持して回転するが、紙送りローラ２よりもその回転速度を小さくすることによって記録媒体に張力を作用させることができる。

キャリッジは、記録ヘッド１を保持しガイドレール６に沿って記録媒体の一方端から他方に向かって走査し、かつ記録ヘッド１からインク吐出して記録媒体４に記録を行う。キャリッジが記録媒体４の他方端に到達すると、紙送りローラ２等が回転し、記録媒体４を一定量だけ搬送する。この記録動作と紙送り動作を交互に繰り返すことにより、記録媒体全体に画像が形成されることになる。

キャリッジは、記録を行わないときや、記録ヘッド１の回復処理（吐出口のインクの吸引動作や吐出口面のワイピングによるインク除去）などを行うときには、図中の破線で示した位置のホームポジション７に移動して停止する。ここで回復処理とは、例えばワイパブレードのようなもので吐出口の表面の付着インクや塵、ゴミ等を除去することをいう。

発熱素子によるインクジェット記録方式の場合、低温低湿度環境においては、低温によるインク粘度上昇と低湿によるインク蒸発によって吐出量が減少し、その結果不使用ノズルの吐出安定性が悪くなる。特に、記録書き出し開始時の記録安定性が悪くなることから、記録直前に記録を行わないインクの吐出である予備吐出動作を実施する。なお、高速な記録を実現させるため、双方向記録とした場合、予備吐出箇所は図１のホームポジション７およびホームポジション７に対してキャリッジ走査方向逆側のエリア８となる。

図２は、本実施形態の記録ヘッドの吐出口面を示す模式図である。記録ヘッド１に設けられた各色のインクの液室からそれぞれの色のチップ９へインクが供給される。記録ヘッド１は、記録媒体と対向する面にインク色別の吐出口１０（以下、ノズルともいう）がキャリッジの走査方向に並列に配置されている。本実施形態では、複数の吐出口１０が配列された第１ノズル列１１および第２ノズル列１２のノズルにおいて隣接する各ノズル間隔は６００ｄｐｉである。また、第２のノズル列１２は、第１のノズル列１１に対して、隣接する各ノズルのピッチが互いに１／２ピッチずれて配列されている。これらのノズル列は、キャリッジの走査方向に並列に配置されている。本実施形態の記録ヘッドは、各色のノズル列はノズルピッチ約４２．３μｍ、第１ノズル列と第２ノズル列を合わせて１２８０ノズルである。各ノズルの吐出口径は１４．３μｍであり、吐出量は４．５ｎｇである。また、使用するインクはブラック、シアン、マゼンタ、イエローの４色である。

それぞれのノズルはインクタンクとチューブ、インク流路を介して連通しており、インクタンクからのインクの供給によって、吐出口付近は常にインクで充填されている。また、それぞれのノズルには、発熱素子が設けられ、インクに対して熱エネルギーを付与する。そしてインクは、発熱素子によって熱が加えられて膜沸騰による気泡が生成されることで、その気泡による発泡圧によって運動エネルギーが与えられ、吐出口１０からインクが吐出される。

本実施形態の記録媒体と対向するチップ１０の表面（吐出口面）は、高い親水性を有している。これは、フェイス面に付着した液体由来の汚れは液滴を形成しないでフェイス面全面に薄膜として広がることにより、固化して粒を形成することを抑制するためである。したがって、固化した粒により吐出口が閉塞されにくく記録ヘッドは長期間良好な性能を維持することができる。なお、吐出口面を高い親水性を有するようにするためには、吐出口形成部材の表面のみ高い親水性を有する材料でコーティングしてもよいし、吐出口形成部材の表面のみ物理処理を施すことで親水性を高める手法をとってもよい。さらに、吐出口形成部材自体が親水性の高い材料で構成されているものであってもよい。すなわち、本実施形態の吐出口面は、何らかの方法により親水性の特質を有する吐出口面であればよい。本実施形態において「親水性を有する吐出口面」とは、吐出口面上のインクが濡れ広がっている状態を示す。このときの吐出口面の状態としては、純水による蒸発動的接触角（環境温度２５℃、湿度６５％）において、７０°以下が望ましく、４０°以下が更に望ましい。

図３は、本実施形態のインクジェット記録装置の制御系の構成を示すブロック図である。メインバスライン１３は、画像入力部１４、画像信号処理部１５、中央制御部としてのＣＰＵ１６、ヘッド駆動制御回路１７がそれぞれアクセス可能に接続されている。以下に詳述する予備吐出のための吐出パターンは、画像信号処理部１５で生成される。画像入力部１４から入力された画像は、ＣＰＵ１６および画像信号処理部１５によってソフト的な処理が行われ、ヘッド駆動制御回路１７によって、インクジェット記録ヘッドに合わせたハード的な処理が行われる。ＣＰＵ１６は、通常ＲＯＭ１７とランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１８を有しており、入力情報に対して適正な記録条件を与えて記録ヘッド１を駆動して記録を行う。また、ＲＯＭ１７内には、以下で詳細に述べる予備吐出シーケンスを実行するためのプログラムが予め記憶されている。ヘッド駆動制御回路１７は、記録ヘッド１からインクを吐出させるために発熱素子であるヒータの駆動制御を行っている。吐出の種類としては、通常の記録のための吐出、一般的な予備吐出、更に以下に詳述する予備吐出などがある。

本実施形態では、記録中の予備吐出の制御について変化をもたせるものである。すなわち本実施形態では、前の記録終了時に吐出口の回復処理を行った吐出口による記録開始から、または記録途中の予備吐出後からの総吐出量が一定の閾値以上になった場合、予備吐出の駆動制御について駆動パルス幅を長くするものである。以下に、本実施形態の予備吐出制御について詳細に説明をする。

図４は、本実施形態の記録装置の記録動作を示すフローチャートである。ＣＰＵ１６から画像の入力信号が送られると、記録が開始される。記録が開始すると、予備吐出を実行する（ステップＳ１）。このときの駆動条件は表１に示した条件Ａ１である。

次に、１スキャン記録を行う（ステップＳ２）。そして、直前のスキャンで吐出したドットカウントから吐出量を算出し、ここまでの総吐出量を記録装置のＲＡＭ１８に記録する（ステップＳ３）。その後、次スキャンが必要か否かを判断し、次スキャンが必要な場合であって、回復処理（ステップＳ４）が入ると、吐出口面に蓄積されたインクが取り除かれるので、ＲＡＭに記録された現在までの総吐出量は初期化され、ステップＳ１に戻る。一方、回復処理（ステップＳ４）が入らない場合は、予め記録装置ＲＡＭ１８に記録されている総吐出量を、予備吐出駆動条件変更に関する総吐出量閾値Ｘ１（Ｘ１＝４０００万発とする）と比較する（ステップＳ５）。総吐出量がＸ１未満の場合、ステップＳ１に戻る。

一方、総吐出量がＸ１以上の場合、インクが吐出口面に蓄積してインクが溢れ、インクの吐出を阻害してインクの不吐出を生じさせるおそれがある。

図５は、吐出口面に親水処理を施した記録ヘッドを用いてＸ１以上の吐出量のインクを吐出した場合を示す模式図である。図示するように、吐出口面にインクが溢れ、吐出口を塞いでいる。そのため、表１に示した駆動条件Ａ２で予備吐出を実行して、吐出強度を上げることにより吐出口面に蓄積されたインクにより吐出が阻害されることを防止する（ステップＳ６）。本実施形態では表１の駆動条件Ａ１とＡ２の違いはパルス幅であり、Ｐ１＜Ｐ２（Ｐ１＝０．６０μｓ、Ｐ２＝０．７４μｓ）とし、発熱素子がインクへ与える投入エネルギーを増加させるシーケンスをとる。

再び図４を参照して、予備吐出が終了すると（ステップＳ６）、１スキャン記録を行う（ステップＳ７）。さらにスキャンが必要であって、回復処理が行われなければ（ステップＳ８）、ステップＳ６に戻り、駆動条件Ａ２の予備吐出を行い（ステップＳ６）、１スキャン記録を行う（ステップＳ７）。

一方、回復処理を行うと（ステップＳ８）、ＲＡＭに記録された現在までの総吐出量は初期化され、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ３、またはステップＳ７の終了後に次スキャンが不要である場合、回復処理を行う（ステップＳ９）。そのため、記録ヘッド１はホームポジション７に戻る。また、ＲＡＭに記録された現在までの総吐出量について初期化される（ステップＳ１０）。さらに、次ページの記録が必要の場合は、元の記録開始ステップへ戻り再度記録および予備吐出が行われる。

以上のように、本実施形態では、前の記録終了時に吐出口面の回復処理を行った状態で記録開始、記録途中の回復処理後からの総吐出量が一定の閾値以上となるとき、予備吐出の駆動制御についてパルス幅を長くする条件Ａ１からＡ２へ切り替える。

なお、本実施形態の総吐出量閾値Ｘ１は４０００万発と規定されているが、本発明は総吐出量閾値はこのような発数に限定されるものではない。すなわち、吐出口の密度、インクの粘度、インクジェット記録装置の環境温度および湿度等、吐出口面に蓄積されたインクが溢れて吐出口からのインクの吐出が阻害される発数により定めればよい。

図６は、本実施形態の総吐出量と駆動条件の関係を示すグラフである。横軸は条件を示し、縦軸は記録開始または回復処理終了からも総吐出量を示している。各スキャンの記録開始時の吐出不良は、各スキャン記録直前のインク溢れの量に起因する。またそのインク溢れの総量は高デューティ記録の場合総吐出量に比例するため、図５に示すような総吐出量の閾値以上で予備吐出条件を変えることが望ましい。すなわち、駆動条件Ａ１での予備吐出による溢れインクの揺動では吐出不良となるが、駆動条件Ａ２のように発熱素子の投入エネルギーを上昇させることで溢れインクをさらに揺動させられることが可能となり、正常に吐出することができる。また、初めから駆動条件Ａ２として高く十分な投入エネルギーで予備吐出する手段をとらないことによって、省エネルギーおよび発熱素子の耐久性を向上することができる。
以上の構成によれば、数〜十数pl程度の小滴高速記録時に代表される高デューティ環境下で、親水性の高いフェイス面を備えるインクジェット記録装置において、記録開始時の吐出信頼性を向上させることが可能となる。また、駆動エネルギーを上げる予備吐出手段を低デューティ時もしくは溢れないインクを使用する時には実施しないことで、省エネルギーかつ発熱素子の耐久性が向上する。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、記録開始または回復処理からの総吐出量が一定の閾値以上となると、予備吐出の駆動制御においてパルス幅を長くして、インクの不吐出を抑制するものであった。しかしながら本発明は、記録開始または回復処理からの総吐出量が一定の閾値以上となると、予備吐出の駆動制御においてパルス幅を変更するものに限定されるものではない。

本実施形態の予備吐出の駆動制御は、記録開始または回復処理からの総吐出量が一定の閾値以上となると、予備吐出の駆動制御において駆動電圧を変更するものである。

本実施形態のインクジェット記録装置および記録ヘッドは、第１の実施形態の記録装置と記録ヘッドと同じ構成である。

本実施形態では、記録を開始して、インク滴の総吐出量が、総吐出量閾値Ｘ１（Ｘ１＝４０００万発とする）未満であるときは、表２に示す条件Ａ１の条件により予備吐出を実行する。

一方、インク滴の総吐出量が、総吐出量閾値Ｘ１（Ｘ１＝４０００万発とする）以上であるときは、表２に示す条件Ａ２の条件により予備吐出を実行する。本実施形態では、駆動条件Ａ１とＡ２の違いは駆動電圧であり、Ｖ１＜Ｖ２（Ｖ１＝２４．０Ｖ、Ｖ２＝２６．７Ｖ）とし発熱素子がインクへ与える投入エネルギーを増加させるシーケンスをとる。

（第３の実施形態）
本実施形態の予備吐出の駆動制御は、記録開始または回復処理からの総吐出量が一定の閾値以上となると、予備吐出の駆動制御において駆動周波数を変更するものである。

本実施形態のインクジェット記録装置および記録ヘッドは、第１の実施形態の記録装置と記録ヘッドと同じ構成である。

本実施形態では、記録を開始して、インク滴の総吐出量が、総吐出量閾値Ｘ１（Ｘ１＝４０００万発とする）未満であるときは、表３に示す条件Ａ１の条件により予備吐出を実行する。

一方、インク滴の総吐出量が、総吐出量閾値Ｘ１（Ｘ１＝４０００万発とする）以上であるときは、表２に示す条件Ａ２の条件により予備吐出を実行する。本実施形態では、駆動条件Ａ１とＡ２の違いは駆動周波数であり、ｆ１＜ｆ２（ｆ１＝１ｋＨｚ、ｆ２＝１０ｋＨｚ）とし予備吐出の駆動時間は同一ではあるが、周波数を高くすることで、駆動発数を増やすシーケンスをとる。

（第４の実施形態）
第１から第３の実施形態では、記録開始または回復処理からのインク滴の総吐出量が閾値以上である場合に、予備吐出の駆動制御を変更するものであった。しかしながら、本発明は、インクの色によって、記録開始または回復処理からのインク滴の総吐出量が閾値以上になっても、予備吐出の駆動制御をしないものを含んでもよい。

本実施形態の記録ヘッドは、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの４色のインクを吐出する記録ヘッドである。これらのインクにおいて、高デューティ記録環境下において、ブラックインクとイエローインクは記録に影響をおよぼす程度のインクが溢れることがない。したがって、ブラックインクとイエローインクのそれぞれのインク滴の総吐出量が閾値以上になったとしても、予備吐出の駆動制御を変更する必要がない。

このように、溢れインクの量が少ないインクがある場合は、駆動エネルギーや単位時間当たりの駆動回数を増やさないことにより、さらに省エネルギーおよび発熱素子の耐久性を向上することができる。

（第５の実施形態）
上述の実施形態では、予備吐出の駆動制御を変更する閾値を１つ設け、予備吐出の駆動制御の条件を２つ用意するものであった。しかしながら本発明は、閾値を複数設け、それぞれの閾値をインク滴の総吐出量が超える度に、予備吐出の駆動制御を段階的に変更してより最適な予備吐出の駆動条件で駆動制御を行うものであってもよい。このように段階的に駆動条件を変更することで、省エネルギーおよび発熱素子の耐久性をさらに向上させることができる。

本実施形態では、Ｘ１＝４０００万発、Ｘ２＝４８００万発、Ｘ３＝５６００万発の３つの閾値とする。そして、スキャンごとに予備吐出の駆動条件を変えられることから１枚記録内のスキャン数だけ段階的に駆動条件を変えてもよいものとする。駆動条件をＡ１からＡ４の４段階に分けた場合、総吐出量がＸ１未満の場合はＡ１、総吐出量がＸ１以上の場合はＡ２、総吐出量がＸ２以上の場合はＡ３、総吐出量がＸ３以上の場合はＡ３の条件で予備吐出を行う。駆動条件Ａ１からＡ４は、パルス幅を変更する場合は、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ４（Ｐ１＝０．６μｓ、Ｐ２＝０．６５μｓ、Ｐ３＝０．６９μｓ、Ｐ４＝０．７４μｓ）とする。また、駆動電圧を変更する場合は、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ４（Ｖ１＝２４．０Ｖ、Ｖ２＝２４．９Ｖ、Ｖ３＝２５．８Ｖ、Ｖ４＝２６．７Ｖ）とする。また、駆動周波数を変更する場合は、ｆ１＜ｆ２＜ｆ３＜ｆ４（ｆ１＝１ｋＨｚ、ｆ２＝４ｋＨｚ、ｆ３＝７ｋＨｚ、ｆ４＝１０ｋＨｚ）とする。このように段階的に条件を変えていくことで、省エネルギーおよび発熱素子の耐久性をさらに向上させることができる。

また、閾値は、吐出口面に蓄積されたインクの溢れる量により、インクの吐出の阻害を抑制するために、吐出強度を上げるべく発数により定めればよく、吐出口の密度、インクの粘度、インクジェット記録装置の環境温度および湿度等に基づいて定められる。

図７は、本実施形態の総吐出量と駆動条件の関係を示すグラフである。横軸は条件を示し、縦軸は記録開始または回復処理終了からも総吐出量を示している。

なお、本実施形態では、閾値を３つとしたが、閾値の数は１以上であれば、いくつであってもよい。

１ 記録ヘッド
４ 記録媒体
１０ 吐出口

Claims (7)

1. 第１のインクを吐出する第１の吐出口と第２のインクを吐出する第２の吐出口とが設けられ親水性を有するように処理された吐出口面を有する記録ヘッドと、
   前記吐出口面をワイピングするワイピング動作を行うワイピング手段と、
   前記ワイピング動作の後に、第１の強度で前記第１の吐出口及び前記第２の吐出口に第１の予備吐出動作を行わせる予備吐出手段と、を備え、
   前記予備吐出手段は、前記第１の予備吐出動作の後に吐出された前記第１のインクの量が閾値以上になった場合、前記第１の強度より高い第２の強度に変更して前記第１の吐出口及び前記第２の吐出口に第２の予備吐出動作を行わせるインクジェット記録装置であって、
   前記予備吐出手段は、前記第１の予備吐出動作の後に吐出された前記第１のインクの量が前記閾値未満であっても、前記第１の予備吐出動作の後に吐出された前記第２のインクの量が前記閾値以上になった場合、前記第２の予備吐出動作を前記第１の吐出口及び前記第２の吐出口に前記第２の強度に変更せずに前記第１の強度のままで行わせることを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記第２の強度の駆動パルス幅は、前記第１の強度の駆動パルス幅より長い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２の強度の駆動電圧は、前記第１の強度の駆動電圧より高い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。
4. 前記第２の強度の駆動周波数は、前記第１の強度の駆動周波数より高い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。
5. シアンインク及びマゼンタインクは前記第１のインクであり、ブラックインク及びイエローインクは前記第２のインクであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
6. 第１のインクを吐出する第１の吐出口と第２のインクを吐出する第２の吐出口とが設けられ親水性を有するように処理された吐出口面を有する記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置の制御方法であって、
   前記吐出口面をワイピングするワイピング工程と、
   前記ワイピング工程の後に、第１の強度で前記第１の吐出口及び前記第２の吐出口に予備吐出を行わせる第１の予備吐出工程と、
   前記第１の予備吐出工程の後に吐出された前記第１のインクの量が閾値以上になった場合、前記第１の強度より高い第２の強度に変更して前記第１の吐出口及び前記第２の吐出口に予備吐出を行わせる第２の予備吐出工程と、を有し、
   前記第２の予備吐出工程において、前記第１の予備吐出工程の後に吐出された前記第１のインクの量が前記閾値未満であっても、前記第１の予備吐出工程の後に吐出された前記第２のインクの量が前記閾値以上になった場合、前記第１の吐出口及び前記第２の吐出口に前記第２の強度に変更せずに前記第１の強度で予備吐出を行わせることを特徴とするインクジェット記録装置の制御方法。
7. シアンインク及びマゼンタインクは前記第１のインクであり、ブラックインク及びイエローインクは前記第２のインクであることを特徴とする請求項６に記載のインクジェット記録装置の制御方法。

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