JP6103865B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、ラインヘッドを用いたインクジェット記録装置に関するものである。

従来、インクジェット方式の記録装置に用いられる記録ヘッドにおいては、大量の用紙に連続印刷を実施するような場合でも、記録ヘッドからの無駄なインク消費を減らし、インク吐出状態を継続的に安定させる必要があった。インクの吐出状態を安定させるためには、記録ヘッドの温度を安定させることが重要である。その為記録ヘッドに供給されるインクの温度を制御し、記録ヘッドに供給されたインクを記録ヘッドからインクタンク部に戻し、再度インクの温度を制御して記録ヘッドにインクを供給するインク循環構造が用いられる。

特許文献１には、記録ヘッドとインクタンク間でインクを循環させる流路と、流路に設けられたポンプと、記録ヘッド部の温度を検知する温度センサを備え、温度センサが検知した温度に基づいてインクの循環供給量を制御する構成が記載されている。

特許文献２には、記録ヘッドとインクタンク間でインクを循環させる循環経路と、循環経路に設けられたポンプ及び温度検知手段を備え、循環流路内のインク温度とインク循環流量を可変に制御することが記載されている。

特開平１１−１０９０８号公報 特開２００８−２３８０６号公報

プリントラボ等で使用される大量、高速、連続印刷装置向けのインクジェット記録装置に用いられる記録ヘッドでは、複数のノズルチップを千鳥配列したラインヘッドが知られる。

ノズルチップ部は半導体素子の製造手法を活用し、そのチップ部にはインクが吐出される吐出口の他、インクを吐出するためのエネルギー発生素子、チップ部の温度を検知するサーミスタ素子等が形成されている。

このラインヘッドを用いた記録装置では、記録媒体を連続的に搬送し、記録媒体がラインヘッドのインク吐出位置に到達した時点で記録が行われていく。ラインヘッドに対して、特許文献１、特許文献２のインク循環機構と記録ヘッドの温度制御方法を適用すると、以下のような課題が生じる。

ラインヘッドは記録媒体の幅と同等以上の長さを持つ。そのため、記録動作を行っているラインヘッド内部のインク循環流路にインクを供給すると、図１２に示すように、ラインヘッドのインク供給口側と排出口側でチップ部の温度差ΔＴ１（℃）が非常に大きくなる。温度差が大きくなると、インク滴の吐出サイズや吐出量のばらつきが大きくなり、記録媒体の両端にプリントされたインクの濃度差が大きくなる等の画像品位面での課題がある。

ラインヘッドの供給口側と排出口側の温度差を小さくするには、ラインヘッド内部を通過するインクの量を増加させればよい。しかし、一定量以上のインクがラインヘッドに流入すると、吐出に対して影響が生じることがある。また、ポンプや循環流路にダメージを与えることがある。また、省エネルギーの観点から可能な限りインクの流量は抑えたいという要求がある。

このような事情に鑑みて、本発明の目的は、循環経路のインク供給量を抑えつつ、ラインヘッドのインク吐出量を安定させて高画質の記録を行うことができるインクジェット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、記録媒体を第１方向に搬送する搬送手段と、インクを吐出するための複数の吐出口が前記第１方向と交差する第２方向に配列されたラインヘッドであって、前記複数の吐出口は前記第２方向における中央に対して一方の側に配された第１の吐出口群と他方の側に配された第２の吐出口群とを有するラインヘッドと、該ラインヘッドへ供給されるインクを貯留するインクタンクと、前記第１の吐出口群にインクを供給しつつ前記ラインヘッドと前記インクタンクの間でインクを循環させる第１の循環流路と、前記第２の吐出口群にインクを供給しつつ前記ラインヘッドと前記インクタンクの間でインクを循環させる第２の循環流路と、を備え、記録媒体の前記第２方向における長さが同じであっても、前記第２方向において前記ラインヘッドに対する記録媒体の通過位置が変化するインクジェット記録装置であって、記録媒体の通過位置に基づいて、少なくとも前記第１の循環流路及び前記第２の循環流路のいずれか一方におけるインクの循環量を変更する制御部を備えることを特徴とする。

本発明によれば、循環経路のインク供給量を抑えつつ、ラインヘッドのインク吐出量を安定させて高画質の記録を行うことができるインクジェット記録装置を提供することができる。

本発明の第１実施例に係る記録装置を示す斜視図である。 （ａ）ラインヘッドを記録媒体搬送方向側から見た図である。（ｂ）ラインヘッドを下方から見た図である。 記録装置のインク循環構成を示す図である。 （ａ）ラインヘッド内部のインク流路と、インク流路を形成しチップが取り付けられたベースプレートを示す斜視図である。（ｂ）ラインヘッド内部のインク流路のみを示す斜視図である。 ラインヘッド内部のインク流路を２分割したときの温度分布を示す図である。 （ａ）大サイズの記録媒体に記録を行う場合のインク供給量を示す図である。（ｂ）小サイズの記録媒体に記録を行う場合のインク供給量を示す図である。（ｃ）小サイズの記録媒体をラインヘッドに対して左側に移動した状態を示す図である。 図６（ｃ）の場合の温度分布を示す図である。 図６（ｃ）の場合に左側ラインヘッドへのインク供給量を変更した状態を示す図である。 左側ラインヘッドへのインク供給量を変更したときの温度分布を示す図である。 図６（ｃ）の場合に左側ラインヘッド及び右側ラインヘッドへのインク供給量を変更した状態を示す図である。 左側ラインヘッド及び右側ラインヘッドへのインク供給量を変更したときの温度分布を示す図である。 ラインヘッドに一方向にインクを供給したときの温度分布を示す図である。

（実施例１）
以下、インクジェット記録装置の実施例を説明する。本実施例のプリンタは、記録媒体としてロール状に巻かれた連続シートを使用し、片面プリント及び両面プリントの両方に対応した高速ラインプリンタである。例えば、プリントラボ等における大量印刷のプリント分野に適している。

図面を参照して本発明の実施の形態を具体的に説明する。なお、各図面を通して同一符号は同一、又は対応部分を示すものである。

本実施例は、ノズルチップをインクノズル配列方向と平行な方向に複数配置したラインヘッド２を用いる。ラインヘッド２は、複数のノズルチップ２０を千鳥配列した第１の吐出口群であるノズルチップ群２５と、複数のノズルチップ２０を千鳥配列した第２の吐出口群であるノズルチップ群２６を備える。そして、ノズルチップ群２５とノズルチップ群２６は、記録媒体の搬送方向と交差する方向に並ぶように配置される。

図１は、本発明の実施例１に係る記録装置を示す斜視図である。記録装置１は、ラインヘッド２を複数有する記録部３を備える。ラインヘッド２から記録媒体４上にインク滴を吐出させ、記録媒体４上に画像を形成する。記録部３は、ラインヘッド２と記録媒体４との間隔を変更できるよう上下方向に移動可能である。また、ラインヘッド２は記録媒体搬送方向と交差する方向に移動可能である。

記録装置１の最上流にはロール状の記録媒体４をセットする給紙部（不図示）が設けられている。記録媒体４を記録部３まで搬送し、記録動作中に記録媒体４を所定速度で搬送する搬送ローラ５などから構成される搬送機構が設けられている。また、記録媒体は給紙部の位置を変更することで、記録媒体の幅方向に関してラインヘッドに対する相対的な通過位置を変更可能である。すなわち、ラインヘッドに対して記録媒体の通過位置を変化させることができる。

図２（ａ）はラインヘッドを記録媒体搬送方向側から見た図である。図２（ｂ）はラインヘッドを下方から見た図である。ラインヘッド２は、記録動作制御部からの印刷信号を受信すると、記録データに応じてインク滴を吐出する。

ラインヘッド２は、インクが吐出される吐出口とインクを吐出するためのヒータが形成されたノズルチップ２０を複数有している。また、ラインヘッド２は、ノズルチップ２０に外部からの電気的な駆動信号を与えるための電気配線基板２４を有している。更に、ノズルチップ２０は、インク供給路を形成したベースプレート２７に固定されている。

また、ラインヘッド２は、複数のノズルチップ２０をインクノズル配列と平行な方向に千鳥配列した第１のノズルチップ群２５及び第２のノズルチップ群２６を備える。第１のノズルチップ群２５と第２のノズルチップ群２６は、記録媒体の搬送方向と交差する方向に並んで配置される。

次に、上記構成のプリンタにおける、インクの循環構成について説明する。

図３は、記録装置のインク循環構成を示す図である。インクタンク６は、ラインヘッド２に供給されるインクを貯留している。インクタンク６からラインヘッド２へのインク供給路の途中にインク温度調整装置９が配置される。ラインヘッド２からインクタンク６へのインク回収路の途中に第１のポンプ７、第２のポンプ８が配置される。また、第１のポンプ７、第２のポンプ８をコントロールする制御手段１０が存在する。

図３において、各構造物から延びた線に示す矢印は、インクの流れ方向を図示している。制御手段１０からの信号によって第１のポンプ７、第２のポンプ８を駆動すると、インクタンク６からインクが供給され、最初にインク温度調整装置９をインクが通過する。インク温度調整装置９を通過するインクは所定の温度に調整されて、ラインヘッド２へ供給される。第１のポンプ７によって第１のノズルチップ群２５にインクを供給する第１の流路と、第２のポンプ８によって第２のノズルチップ群にインクを供給する第２の流路と、によってインクの供給が行われる。ラインヘッド２内部のインク流路を経て排出されたインクは、第１のポンプ７、第２のポンプ８を経て、インクタンク６へ回収される。

次に、ラインヘッド２内部のインク流路の構造について説明する。ラインヘッド２に供給されたインクはラインヘッド２内部の流路を経て、ラインヘッド２の中央部で吐出チップの液室側へ落とし込まれる。その後、ラインヘッド２の中央部からラインヘッド２の端部側へ向けてインクが供給される。すなわち、最初にラインヘッド２の中央側の吐出口にインクが供給され、最後にラインヘッドの端部側の吐出口にインクが供給される。本実施例ではラインヘッド２を中央で２分割しているため、便宜上第１の流路側を左側、第２の流路側を右側と呼ぶこととする。

図４（ａ）は、ラインヘッド２内部のインク流路と、インク流路を形成しチップが取り付けられたベースプレートを示す斜視図である。図４（ａ）において、２８は左側ヘッド流路（第１のヘッド流路）、２９は右側ヘッド流路（第２のヘッド流路）である。

図４（ｂ）は、ラインヘッド内部のインク流路のみを示す斜視図である。図４（ａ）からベースプレート２７を除外した状態を示しており、ベースプレート２７内部にも左側ヘッド流路２８、右側ヘッド流路２９が形成されている。

上述のように、図１２は、ラインヘッドに一方向にインクを供給する場合の、温度分布を示す図である。

ラインヘッドに一方向にインクを供給すると、インクが最初に供給される側の温度に対し、インクを排出する側の温度が高くなる。その差分温度はΔＴ１（℃）で表される。このようなインク供給構造の場合、ラインヘッドの両端のチップ部ではΔＴ１分の温度差を持つ為、その温度差に応じてインク吐出量がばらつき、同一記録媒体内で画像の濃淡が発生してしまうことがある。

これに対して、図５は、本実施例に係るラインヘッド２内部のインク流路を２分割したときの温度分布を示す図である。本実施例に係る構成では、２つに分割された流路に対してラインヘッドの中央部の吐出口からインクを供給するため、インクが最初に供給される中央部分での温度が最も小さく、端部に行くに従って温度が上昇する。ここで、ラインヘッド２の左側ヘッド流路２８によってインクが供給されるチップが存在する側を左側ラインヘッド３０、ラインヘッド２の右側ヘッド流路２９によってインクが供給されるチップが存在する側を右側ラインヘッド３１とする。図５に示す構成は、図１２に示す構成に対して、ラインヘッド２内の１つの流路においてインクが通過する距離が約１／２になる。

図６（ａ）は、大サイズの記録媒体に記録を行う場合のインク供給量を概略的に示す図である。図６（ｂ）は、小サイズの記録媒体に記録を行う場合のインク供給量を概略的に示す図である。図６に示すように、記録媒体の中央がラインヘッドの中央を通過するように記録媒体が搬送されるときは、ラインヘッド２の中央部と端部での温度差ΔＴ２（℃）は、一方向にインクを供給する構成に対して約１／２の温度差に抑えることが出来る。そのため、記録媒体の中央部と端部での画像の濃淡を抑制する効果を得ることが出来る。

図６（ａ）はラインヘッド２で記録が可能な最大幅である１２インチの記録媒体（大サイズの記録媒体）に対して記録動作を行っている状態を示す。記録媒体の画像の濃淡の発生を抑えるためには、最初にインクが供給されるラインヘッド２の中央部の吐出口の温度と、最後にインクが供給されるラインヘッドの端部の吐出口の温度と、の差を±１０℃に収める必要がある。インク供給量を大きくし過ぎると、ラインヘッド２内に負圧が発生し、インクの吐出に影響を与えてしまう。本実施例では、ラインヘッドの中央部と端部の温度差、及び負圧の影響を考慮して、インク供給量を８０（ｃｃ／ｍｉｎ）にしている。

また、非記録動作時にもラインヘッドとインクの温度を記録に適した温度に保つため、ラインヘッド内の流路にインクが供給される。このときは、ラインヘッドとインクの温度を記録に適した温度に保つために、インク供給量を４０（ｃｃ／ｍｉｎ）にしている。

図６（ｂ）は、ラインヘッド２で記録が可能な最大幅よりも短い幅の記録媒体（小サイズの記録媒体）に記録動作を行っている状態を示す。ラインヘッド２においてインクが吐出されない領域があるため、大サイズの記録媒体に記録を行う場合に比べてラインヘッド内でのインクの昇温は抑えられる。すなわち、ラインヘッドに供給する単位時間当たりのインク供給量を小さくすることができる。本実施例においては、ラインヘッド２の下側を通過する記録媒体の幅に基いて、ラインヘッドに単位時間あたりに供給するインク量を算出する構成としている。

本実施例では、単位時間当たりのインク供給量を以下の数式で算出している。

「非記録動作時のインク供給量＋（最大幅の記録媒体に記録を行うときのインク供給量−非記録動作時のインク供給量）＊ラインヘッドの下を記録媒体が通過する割合」…式１
ここで、非記録動作時のインク供給量は４０（ｃｃ／ｍｉｎ）である。また、最大幅の記録媒体に記録を行うときのインク供給量は８０（ｃｃ／ｍｉｎ）である。したがって、（最大幅の記録媒体に記録を行うときのインク供給量−非記録動作時のインク供給量）は４０（ｃｃ／ｍｉｎ）である。

例えば、図６（ｂ）の場合は、左側ラインヘッド下を通過する記録媒体の割合が６０％である。左側ラインヘッドに供給する単位時間当たりのインク供給量は、
４０（ｃｃ／ｍｉｎ）＋４０（ｃｃ／ｍｉｎ）＊０．６＝６４（ｃｃ／ｍｉｎ）
と算出することができる。右側ラインヘッド下を通過する記録媒体の割合も６０％なので、右側ラインヘッドに供給する単位時間当たりのインク供給量も６４（ｃｃ／ｍｉｎ）とする。

このように、本実施例ではラインヘッド２下を通過する記録媒体４のサイズを変更することができる。小サイズの記録媒体を常にラインヘッド２の中央部分で記録動作を行っていると、ラインヘッド２の中央部分の吐出口の摩耗が進んでしまう。本実施例では、ラインヘッド２を幅方向に移動させることにより、記録媒体に対するラインヘッドの位置を変更することができる。すなわち、小サイズの記録媒体に記録を行うときに使用する吐出口を変更することができる。記録媒体の給紙位置を記録媒体の幅方向に移動させることにより、使用する吐出口を変更する構成としてもよい。

図６（ｃ）は、小サイズの記録媒体をラインヘッドに対して左側に移動した状態を示す図である。上述のように、ラインヘッド２を右側に移動しても良いし、記録媒体の位置を左側に移動しても良い。図６（ｃ）のとき、単位時間当たりのインク供給量は、図６（ｂ）と同様、左側ラインヘッド及び右側ラインヘッドとも６４（ｃｃ／ｍｉｎ）としている。

図７は、図６（ｃ）の場合の温度分布を示す図である。図７において、７３は図６（ｂ）の場合の左側ラインヘッド３０の温度を表し、７４は図６（ｂ）の場合の右側ラインヘッド３１の温度を表している。７１は図６（ｃ）の場合の左側ラインヘッド３０の温度を表し、７２は図６（ｃ）の場合の右側ラインヘッド３１の温度を表す。

図６（ｃ）の場合、左側ラインヘッド３０へのインク供給量を６４（ｃｃ／ｍｉｎ）とすると、図６（ｂ）の場合と比較して温度が上昇してしまう。そのため、記録画像の画質に問題が生じるおそれがある。そこで、本実施例では、左側ラインヘッド３０に供給する単位時間当たりのインク供給量を大きくする。左側ラインヘッドの下を記録媒体が通過する割合は８０％である。式１から算出すると、左側ラインヘッド３０へのインク供給量は７２（ｃｃ／ｍｉｎ）と算出される。

４０（ｃｃ／ｍｉｎ）＋４０（ｃｃ／ｍｉｎ）＊０．８＝７２（ｃｃ／ｍｉｎ）
図８は、図６（ｃ）の場合に左側ラインヘッドへのインク供給量を変更した状態を示す図である。具体的には、左側ラインヘッド３０に７２（ｃｃ／ｍｉｎ）のインクを供給し、右側ラインヘッド３１に６０（ｃｃ／ｍｉｎ）のインクを供給している。

図９は、左側ラインヘッドへのインク供給量を変更したときの温度分布を示す図である。図９において、９３は、左側ラインヘッド３０に７２（ｃｃ／ｍｉｎ）のインクを供給したときの温度分布である。左側ラインヘッド３０への単位時間当たりのインク供給量を大きくすることにより、ラインヘッド２全体を記録動作に適した温度を保つことができる。

（実施例２）
実施例１では、図６（ｃ）の場合に左側ラインヘッド３０への単位時間当たりのインク供給量を大きくした。実施例２では、図１０に示すように、左側ラインヘッド３０への単位時間当たりのインク供給量を大きくするとともに、右側ラインヘッド３１への単位時間当たりのインク供給量を小さくする。右側ラインヘッドの下を記録媒体が通過する割合は４０％である。式１から算出すると、右側ラインヘッド３１へのインク供給量は５６（ｃｃ／ｍｉｎ）と算出される。

４０（ｃｃ／ｍｉｎ）＋４０（ｃｃ／ｍｉｎ）＊０．４＝５６（ｃｃ／ｍｉｎ）
図１１は、左側ラインヘッド及び右側ラインヘッドへのインク供給量を変更したときの温度分布を示す図である。図１１において、１１４は、右側ラインヘッドに５６（ｃｃ／ｍｉｎ）のインクを供給したときの温度分布である。右側ラインヘッド３１への単位時間当たりのインク供給量を小さくすることにより、ポンプ及びインク循環経路の負荷を低減することができる。また、記録媒体の左側の端部に相当する位置のインク温度と右側の端部に相当する位置のインク温度を同じにすることができる。

以上、本発明によれば、ラインヘッド２の温度上昇を防ぐことでインクの吐出量を均一化し画像品位を保つことができる。また、記録媒体の通過位置に対応させてインク供給量を算出するため、ポンプやインク循環経路の摩耗を抑えることができる。

なお、上述した実施形態においては、ラインヘッド内部のインク循環経路を２分割した場合を用いて説明を行った。しかし、３分割、４分割、あるいは、ラインヘッドのチップ数と同じ数だけラインヘッド内に流路を形成し、各々のインク流路に対応させてポンプを設ける構成としてもよい。

１ 記録装置
２ ラインヘッド
３ 記録部
４ 記録媒体
５ 搬送ローラ
６ インクタンク
７ 左側還流ポンプ
８ 右側還流ポンプ
２０ ノズルチップ
２５ 第１ノズルチップ群
２６ 第２ノズルチップ群

Claims (8)

1. 記録媒体を第１方向に搬送する搬送手段と、
   インクを吐出するための複数の吐出口が前記第１方向と交差する第２方向に配列されたラインヘッドであって、前記複数の吐出口は前記第２方向における中央に対して一方の側に配された第１の吐出口群と他方の側に配された第２の吐出口群とを有するラインヘッドと、
   該ラインヘッドへ供給されるインクを貯留するインクタンクと、
   前記第１の吐出口群にインクを供給しつつ前記ラインヘッドと前記インクタンクの間でインクを循環させる第１の循環流路と、
   前記第２の吐出口群にインクを供給しつつ前記ラインヘッドと前記インクタンクの間でインクを循環させる第２の循環流路と、を備え、
   記録媒体の前記第２方向における長さが同じであっても、前記第２方向において前記ラインヘッドに対する記録媒体の通過位置が変化するインクジェット記録装置であって、
   記録媒体の通過位置に基づいて、少なくとも前記第１の循環流路及び前記第２の循環流路のいずれか一方におけるインクの循環量を変更する制御部を備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記制御部は、前記第１の吐出口群によって記録される前記記録媒体の前記第２方向における長さが所定のサイズより大きい場合、前記所定のサイズより小さい場合よりも、前記第１の循環流路におけるインクの循環量を多くす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. 前記制御部は、前記第２の吐出口群によって記録される前記記録媒体の前記第２方向における長さが所定のサイズより大きい場合、前記所定のサイズより小さい場合よりも、前記第２の循環流路におけるインクの循環量を多くす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. 前記インクタンクから前記ラインヘッドへ供給されるインクは、前記第１の吐出口群及び前記第２の吐出口群の前記ラインヘッドの中央部の吐出口に最初に供給されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
5. 前記インクタンクから前記ラインヘッドへ供給されるインクは、前記第１の吐出口群及び前記第２の吐出口群の前記ラインヘッドの端部の吐出口に最後に供給されることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録装置。
6. 前記インクタンクから前記ラインヘッドへ供給されるインクの温度を調整する温度調整手段を備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
7. 前記第１の循環流路においてインクを循環させるための第１のポンプと、前記第２の循環流路においてインクを循環させるための第２のポンプと、を備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
8. 前記制御部は、前記第１のポンプ及び前記第２のポンプの駆動を制御することを特徴とする請求項７に記載のインクジェット記録装置。

Images