JP7206954B2 - 液滴吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、本発明は液滴吐出装置に関する。

インクジェットプリンタでは、インク吐出口の高密度化及びインクの吐出周波数の増加に伴ってインク吐出ヘッドと記録媒体との間に渦が発生し、その渦によって、インクの液滴の着弾位置が乱れることが知られている。

このような問題を解決した装置として、例えば、特許文献１に記載された記録装置が知られている。この記録装置は、インク吐出ヘッドと記録媒体との間にガスを吹き出させることによって、渦を大きくして安定させる。その結果、インク吐出ヘッドと記録媒体との間に生じる気流の乱れが抑制され、液滴の着弾位置の乱れが抑制される。

特開２０１６－１６５８８６号公開特許公報

ところで、上記渦流は、複数のインク吐出口が高密度に配列する場合に発生する。つまり、この配置形態を有するインクジェットプリンタでは、画像形成時の液滴デューティ（記録媒体の画像形成領域に対する単位面積当たりの液体の投入量）が大きい場合、多数の液滴が高密度で一斉に吐出されるので、渦流が発生しやすい。一方、液滴デューティが小さい場合、液滴を吐出するインク吐出口が疎らになるので、上記渦流は発生しない。しかし、インク吐出口は、液滴を吐出しないまま大気開放状態が続き、メニスカスの乾燥が進みやすい。さらに、画像形成の高速化に伴い、インクの速乾性が求められるようになり、これもメニスカスの乾燥を助長する。つまり、液滴デューティが小さい場合は、渦流の抑制よりも、メニスカスの乾燥を抑制することが優先される。

これに関して、特許文献１には、インク吐出ヘッドと記録媒体との間に加湿ガスを吹き出すことが記載されている。しかし、特許文献１は、ガスの吹き出しと液滴デューティとの関係ついて、全く言及していない。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、液滴デューティの変化に応じて、液滴の着弾位置の乱れ及びメニスカスの乾燥を抑制することが可能な液滴吐出装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明のある形態（aspect）に係る液滴吐出装置は、複数のノズルと、前記複数のノズルが開口したノズル面とを有する記録ヘッドを備え、前記ノズル面では、前記複数のノズルが走査方向に並んで複数のノズル列を構成し、前記複数のノズル列が前記走査方向と交差する搬送方向に配列しているとともに、前記搬送方向に関して前記複数のノズル列の間及び両側には、複数の開口部が前記ノズル列に沿って開口し、前記複数の開口部は、画像データに基づいて前記複数のノズルから液体を吐出することで、記録媒体に画像を形成するとき、前記記録媒体の画像形成領域について、単位面積当たりの液体の投入量である液滴デューティが閾値未満であれば、前記複数の開口部から加湿空気を噴射し、且つ、前記液滴デューティが前記閾値以上であれば、前記複数の開口部から空気を吸引するよう構成されている。

上記構成によれば、記録ヘッドのノズル面には、複数の開口部が、複数のノズル列の間及び両側に当該ノズル列に沿って設けられている。画像を形成するとき、液滴デューティに応じて、複数の開口部で行う気流の調整内容が変わる。例えば、液滴デューティが閾値以上である場合には、当該複数の開口部が、周囲の空気を吸引する。空気の吸引は、液滴連行流（飛翔する液滴の飛翔軌道に沿う空気流）による渦流の形成を抑制する。そのため、ノズルから吐出される液滴は、その着弾位置が乱れ難くなる。

一方、液滴デューティが閾値未満である場合には、当該複数の開口部が、加湿空気を噴射する。加湿空気の噴射は、液滴を吐出しないままにあるノズルに対して、水分を供給する。ノズルに形成されたメニスカスは、乾燥の進行が抑制される。

従って、液滴デューティの変化に応じて、渦流の発生及びメニスカスの乾燥を抑制することができる。

前記開口部は、前記ノズル列に沿って延在する１つの細長い開口又は前記ノズル列に沿って互いに間隔を介して配列した複数の開口を含んでもよい。

この構成によれば、構造が簡単になる。

前記液滴デューティが閾値未満のとき、前記液滴デューティがゼロから増大するに連れて、前記開口部から噴射される前記加湿空気の噴射速度が所定値からゼロへ向けて減少され、且つ、前記液滴デューティが閾値以上のとき、前記液滴デューティが前記閾値から増大するに連れて、前記開口部から吸引される前記空気の吸引速度がゼロから増大されるように構成されていてもよい。

液滴デューティが増大するに連れて、メニスカスの乾燥防止が必要なノズルの数は減少する一方、液滴連行流の発生に関与するノズルの数が増加する。

この構成によれば、複数の開口部による気流の調整内容（加湿空気の噴射から空気の吸引への変化）が、液滴デューティに対応して、適切に変化する。つまり、低液滴デューティ時のメニスカスの乾燥を適切に防止し、且つ、高液滴デューティ時の着弾の乱れを適切に防止できる。

前記搬送方向において、前記複数のノズル列の上流側、間、及び下流側に配置された前記開口部をそれぞれ上流端開口部、中間開口部、及び下流端開口部とした場合に、前記閾値として、前記中間開口部に対応した第１閾値と、前記下流端開口部に対応した第２閾値と、前記上流端開口部に対応した第３閾値と、を有し、前記第１閾値は前記第２閾値より小さく、前記第２閾値は前記第３閾値より小さくてもよい。

ノズルの配置位置により、渦流の発生及びメニスカスの乾燥の進展状態が異なる。しかし、この構成によれば、ノズル位置によらず、このような不具合を適切に防止することができる。具体的には、液滴デューティの増大に対し、中間開口部、下流端開口部、及び上流端開口部の順に、加湿空気の噴射から空気の吸引に切り替わる。このように、渦流が生じやすいノズル列に対応した開口部ほど、早期に加湿空気の噴射から空気の吸引に切り替わる。

前記液滴デューティが第３閾値以上のとき、前記中間開口部の空気吸引速度が、前記上流端開口部及び下流端開口部の空気吸引速度よりも大きくてもよい。

複数のノズル列から液滴が吐出されると、隣接するノズル列間では、より強い渦流が発生する。しかし、上記構成によれば、中間開口部の空気吸引速度が、上流端開口部及び下流端開口部の空気吸引速度よりも大きい。そのため、ノズルの位置に関わらず、渦流の発生を防止することができる。

前記下流端開口部の空気吸引速度が、前記上流端開口部の空気吸引速度よりも大きくてもよい。

記録媒体が搬送されると、記録媒体に伴う気流（以下媒体連行流という）が生じる。ノズル列の並びにおいて、搬送方向の上流側では、液滴連行流及び媒体連行流の相互作用が強い。そのため、上流側のノズル列では渦流の乱れが生じやすく、液滴の着弾乱れを起こす。

この構成によれば、下流端開口部の空気吸引速度が、上流端開口部の空気吸引速度よりも大きいので、媒体連行流の強さに対応して、渦流の発生を防止することができる。

前記液滴デューティが第１閾値未満のとき、前記中間開口部の加湿空気噴射速度が、前記上流端開口部及び下流端開口部の加湿空気噴射速度よりも小さくてもよい。

複数のノズル列から液滴が吐出されると、搬送方向の中間のノズル列は、上流端及び下流端のノズル列から吐出される液滴により、外側の空間から隔離されたような状態となる。さらに、両ノズル列から吐出される液滴から、揮発成分(この場合、水分)が供給される。しかし、上記構成によれば、中間開口部の加湿空気噴射速度が、上流端開口部及び下流端開口部の加湿空気噴射速度よりも小さいので、ノズル列の位置によらず過不足無い均一な加湿ができる。また、無駄な加湿源(この場合、水)の消費が抑制される。

前記上流端開口部の加湿空気噴射速度が、前記下流端開口部の加湿空気噴射速度よりも大きくてもよい。

記録媒体が搬送されると、媒体連行流が生じる。上流端のノズル列では、媒体連行流の影響が強いので、下流端のノズル列よりもメニスカスの乾燥が進みやすい。しかし、この構成によれば、上流端開口部の加湿空気噴射速度が、下流端開口部の加湿空気噴射速度よりも大きいので、ノズル列の位置によらず過不足無い均一な加湿を促進できる。また、無駄な加湿源(この場合、水)の消費がさらに抑制される。

前記加湿空気噴射速度及び前記空気吸引速度は、前記記録媒体の搬送速度が増大するに連れて増大されるように構成されていてもよい。

搬送速度が増大するに連れて、媒体連行流も増大する。このとき、液滴デューティが閾値未満であれば、メニスカスの乾燥が助長され、液滴デューティが閾値以上であれば、渦流の乱れが助長される。しかし、上記構成によれば、加湿空気噴射速度及び空気吸引速度は、記録媒体の搬送速度が増大するに連れて増大される。そのため、搬送速度に依らず、メニスカスの乾燥や着弾の乱れを、適切に防止することができる。

前記画像形成のための液滴の吐出が完了したとき、全ての前記開口部から空気が吸引されるように構成されていてもよい。

液滴連行流及び媒体連行流は、液滴の吐出や記録媒体の搬送が終了しても、若干の間持続する。しかし、上記構成によれば、画像形成のための液滴の吐出が完了したとき、空気が吸引される。そのため、画像形成終了後において、残留する気流に伴う液滴ミストの飛散を防止することができる。

前記画像形成のための液滴の吐出を始める前には、前記加湿空気が全ての前記開口部から前記液滴デューティがゼロに対応した速度で噴射されるように構成されていてもよい。

画像形成のための液滴の吐出を始める前は、ノズル面が大気にさらされた状態にあり、メニスカスの乾燥が心配される。しかし、上記構成によれば、画像形成を始める前の乾燥を防止できる。

本発明は、液滴デューティの変化に応じて、液滴の着弾位置の乱れ及びメニスカスの乾燥を抑制することが可能な液滴吐出装置を提供できるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施形態に係る液滴吐出装置の概略構成を示す模式図である。 図２は、液滴吐出装置の機能的構成を示すブロック図である。 図３は、記録ヘッドの一部を拡大して示す平面図であり、吐出チャネルを示している。 図４は、記録ヘッドの一部を拡大して示す断面図であり、圧力室を示している。 図５は、記録ヘッドのノズル面におけるノズル列及び開口部の配置の概要を示す模式図である。 図６は、加湿空気及び吸引空気の通流経路の概要を示す模式図である。 図７は、液滴デューティの変化に対する加湿空気の噴射速度及び記録空間の空気の吸引速度の変化を示すグラフであり、図７（Ａ）は、記録シートの搬送速度が低い場合の図、図７（Ｂ）は、記録シートの搬送速度が高い場合の図である。 図８は、液滴デューティが大きい場合の記録空間の状態を示す模式図である。 図９は、液滴デューティが小さい場合の記録空間の状態を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。同一又は相当する要素については、同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。以下の図には、本発明に無関係な要素が省略される場合、誇張等のために寸法が正確でない場合、複数の図面において互いに対応する要素の態様が一致しない場合等があるなお、本発明は、以下の実施形態に限定されない。

（実施形態）
本発明の実施形態に係る液滴吐出装置として、インクを記録シートへ吐出するインク吐出装置を例に説明する。ただし、吐出される液体は、インクに限られない。液体の吐出対象も、シート状のものに限られない。つまり、液滴吐出装置は、インク吐出装置には限定されず、記録液を記録媒体に吐出する装置であればよい。

［液滴吐出装置の構成］
図１は、液滴吐出装置１の模式図である。図１において、紙面に直交する方向が走査方向 (左右方向)であり、左から右に向かう方向が搬送方向であり、走査方向及び搬送方向に直交する方向が上下方向である。搬送方向は走査方向に交差する方向であればよく、ここでは、走査方向に直交する方向である。このとき、キャリッジ１２は、走査方向に往復移動する。記録シートＰは、搬送方向に沿って、プラテン１１上を搬送される。

図１を参照すると、液滴吐出装置１は、下から順に、給紙トレイ１０、プラテン１１及びキャリッジ１２が組み付けられている。給紙トレイ１０は、複数の記録シート（記録紙）Ｐを収容する。給紙トレイ１０の上方には、走査方向に長寸のプラテン１１が設けられている。プラテン１１は、平板部材であり、搬送される記録シートＰを下から支える。プラテン１１の更に上方には、キャリッジ１２が設けられている。キャリッジ１２は、記録ヘッド１３等が搭載されている。また、プラテン１１の搬送方向下流側には、排紙トレイ１４が設けられており、記録を終えた記録シートＰを受け取る。

給紙トレイ１０から排紙トレイ１４までの経路が、シート搬送路２０である。シート搬送路２０は、湾曲パス２１、ストレートパス２２、及びエンドパス２３の３つのパスに分割できる。このうち、ストレートパス２２では、記録シートＰが、プラテン１１に載置され、所定間隔を介して記録ヘッド１３と対向する。記録ヘッド１３からは、液滴１０１が吐出され、記録シートＰには、画像が形成されることになる。

液滴吐出装置１は、記録シートＰを搬送するシート搬送機構として、給送ローラ３０、搬送ローラ３１及び排出ローラ３４を備えている。具体的には、給送ローラ３０が、給紙トレイ１０の直上に設けられている。搬送ローラ３１は、ピンチローラ３２と組んで搬送ローラ部３３を構成し、湾曲パス２１とストレートパス２２とを繋ぐ。排出ローラ３４は、拍車ローラ３５と組んで排出ローラ部３６を構成し、ストレートパス２２とエンドパス２３を繋ぐ。

ここで、シート搬送機構が駆動されると、給送ローラ３０によって、記録シートＰが給紙トレイ１０から湾曲パス２１に繰り出される。記録シートＰは、搬送ローラ部３３により、プラテン１１上に載置され、記録ヘッド１３により画像が記録される。記録済みの記録シートＰは、排出ローラ部３６によって、排紙トレイ１４に排出される。

図２は、液滴吐出装置１の機能的構成を示すブロック図である。液滴吐出装置１の制御部４０は、第１基板と第２基板を備える。第１基板にはＣＰＵ４１、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３、及びＥＥＰＲＯＭ４４が実装され、第２基板にはＡＳＩＣ４５が実装されている。ＡＳＩＣ４５には、２つのモータドライバＩＣ４６，４７とヘッドドライバＩＣ４８とポンプドライバＩＣ５２が接続されている。モータドライバＩＣ４６は搬送モータ５０を駆動する。モータドライバＩＣ４７はキャリッジモータ５１を駆動する。ヘッドドライバＩＣ４８は、記録ヘッド１３の圧電素子７１（後述）を駆動する。圧電素子７１は、インクを吐出するアクチュエータを構成する。ポンプドライバＩＣ５２は、ポンプ５３を駆動する。

液滴吐出装置１は、ユーザ又は他の通信装置から印刷指令を受けると、ＣＰＵ４１が、ＲＯＭ４２に記憶されたプログラムに基づいて各種の実行指令をＡＳＩＣ４５へ出力する。ＡＳＩＣ４５は、この指令に基づいて、各ドライバＩＣ４６～４８を制御する。

これにより、記録シートＰの繰り出しと搬送、この搬送に同期したインクの吐出等、記録処理が実行される。具体的には、モータドライバＩＣ４６は、搬送モータ５０を駆動して、３つのローラ３０、３１、３４を回転させる。モータドライバＩＣ４７は、キャリッジモータ５１を駆動して、キャリッジ１２を走査方向へ移動させる。ヘッドドライバＩＣ４８は、圧電素子を駆動して、アクチュエータを変形させる。なお、アクチュエータは、記録ヘッド１３の圧力室を構成している。

このうち、ヘッドドライバＩＣ４８は、パルス状の駆動電圧を出力する。この駆動電圧は、第１電位ｖ１と第２電位ｖ２（＞ｖ１）との間で、電位が変化する。駆動電圧が第１電位ｖ１であるとき、圧力室７３は第１容積Ｖ１となる。駆動電圧が第２電位ｖ２であるとき、圧力室７３は第２容積Ｖ２（＜Ｖ１）となる。このように、駆動電圧の印加により、アクチュエータは、圧力室７３の容積を変化する。

また、液滴吐出装置１は、種々のセンサ（例えば、記録シートＰの位置検出用の先端検出センサ、キャリッジの位置検出用のエンコーダ等）を備える。制御部４０は、これらセンサからの信号に基づき、各ドライバＩＣ４６～４８を制御し、記録シートＰに画像を形成する。ポンプドライバＩＣ５２によるポンプ５３の制御（駆動）については、後述する。

［記録ヘッドの構成］
図３は、記録ヘッド１３において、流路の配置形態を示す部分概略図である。記録ヘッド１３は、マニホールド（共通流路）６０、複数の吐出チャネル（個別流路）７０等を備える。マニホールド６０は、複数の吐出チャネル７０に共通であり、上流側端部がインクタンク(不図示)に連通している。吐出チャネル７０は、マニホールド６０の出口７２ａから連通流路７２、圧力室７３を介してノズル７５に至る個別流路である。複数の吐出チャネル７０は、搬送方向に等間隔で並んで、チャネル列を形成している。さらに、複数のチャネル列が、走査方向に沿って並ぶ。ノズル７５も、ノズル列８１を構成し、チャネル列と同様の配列形態を有する。また、図３に示していないが、ノズル列８１に沿って、開口部８２が形成されている。これらノズル列８１及び開口部８２については、後で詳しく説明する。

図４は、図３において線ＩＶ－ＩＶで切断した断面図であり、吐出チャネル７０の拡大図である。ここで、図４において、記録ヘッド１３は、２つの部材（流路部材１３ａとアクチュエータ）の積層体として表されている。しかし、２つの部材も、それぞれ複数の層やプレートの積層体である。

連通流路７２が、マニホールド６０と圧力室７３とを接続する。ディセンダ７４は、圧力室７３とノズル７５とを接続する。また、圧力室７３の開口が、振動板７１ａに塞がれている。振動板７１ａは、圧電素子７１とともに、アクチュエータを構成する。圧電素子７１は、圧電層を２つの電極(個別電極と共通電極)挟んだ積層体である。個別電極には駆動電圧が印加され、共通電極は接地電位にある。

圧電素子７１は、駆動電圧が印加されると、面方向（上下方向と直交する方向）に伸縮する。一方、振動板７１ａは、自発的に変形しない。そのため、アクチュエータは、圧力室７３に向かって変位し、圧力室７３内のインクが吐出されることになる。

一方、流路部材１３ａも、複数のプレートの積層体である。各プレートには、貫通孔、窪み、溝等が形成されている。複数のプレートは、積層されて流路部材１３ａを成し、内部に上述の各種流路を構成している。このとき、積層体１３ａの下面は、ノズル面１３ｂとなり、全てのノズル７５が開口している。なお、図４において、各プレートの境界（接合面）は、その図示が省略されている。

本実施形態では、開口部（図４に不図示）８２（図５参照）が、ノズル面１３ｂに開口している。記録ヘッド１３とプラテン１１（図１参照）との間の空間（以下、記録空間という）に対して、この開口部８２は、加湿空気を噴射し、又は、空気を吸引する。つまり、積層体１３ａの内部には、開口部８２に連通する空気の流路（空気の通流経路）も形成されている。

［ノズル列及び開口部の配置］
図５は、ノズル列８１及び開口部８２の配置を示す模式図である。

図５を参照すると、ノズル面１３ｂには、複数のノズル列８１が、搬送方向に延び、走査方向に沿って並んでいる。そして、ノズル列８１に沿って、開口部８２が形成されている。開口部８２は、１つの細長い開口である。これは、互いに間隔を介して配列した複数の開口であってもよい。

この構成により、簡単な構成によって、複数のノズル列８１の全体に渡って、着弾位置の乱れを防止し、且つ、ノズル７５に形成されたメニスカスの乾燥を防止することができる。

なお、図５には、２つのノズル列８１しか示されていないが、実際には、２以上のノズル列８１が形成されている。これに対応して、複数のノズル列８１の上流、間、及び下流に形成された開口部８２を、それぞれ、上流端開口部８２Ｃ、中間開口部８２Ａ、及び下流端開口部８２Ｂという。つまり、中間開口部８２Ａは、１以上設けられている。

［加湿空気及び吸引空気の通流経路］
図６は、加湿空気及び吸引空気の通流経路の模式図である。空気の通流経路は、給排開口９１、加湿空気タンク９２、２つの三方弁９３、９５、吸引空気処理器９４、ポンプ５３、開口部８２等を含む。これらの要素は、図６のように配置され、加湿空気供給経路９０Ａ及び空気吸引経路９０Ｂを構成している。

このうち、加湿空気供給経路９０Ａは、給排開口９１から、加湿空気タンク９２、三方弁９３、ポンプ５３、及び三方弁９５を経て開口部８２に至る。加湿空気は、この配列に沿って流れる。このとき、三方弁９５により、吸引空気処理器９４がバイパスされている。一方、空気吸引経路９０Ｂは、開口部８２から、吸引空気処理器９４、三方弁９５、ポンプ５３、及び三方弁９３を経て給排開口９１に至る。吸引空気は、この配列に沿って流れる。このとき、三方弁９３により、加湿空気タンク９２がバイパスされている。

この加湿空気供給経路９０Ａ及び空気吸引経路９０Ｂは、少なくとも、上流端開口部８２Ｃ、１以上の中間開口部８２Ａ、及び下流端開口部８２Ｂ毎に設けられるが、１つの開口部８２毎に設けてもよい。

給排開口９１（図５に不図示）は、例えば、ノズル７５及び開口部８２を避けて、ノズル面１３ｂの周縁部に設けられている。開口部８２に加湿空気が供給されるとき、給排開口９１から加湿用の空気が吸引される。開口部８２から空気が吸引されるとき、給排開口９１からこの空気が排出される。

加湿空気タンク９２は、液滴吐出装置１の適所に設けられている。加湿空気タンク９２は、水を貯留している。給排開口９１からの空気は、水の水面下に供給され、その後、水中を上昇しながら加湿される。これにより、加湿空気タンク９２の上部空間は、加湿空気で満たされることになる。

三方弁９３は、ポンプ５３の一方の接続口を、加湿空気タンク９２及び加湿空気タンク９２のバイパス経路の何れかに接続する。開口部８２に加湿空気が供給されるとき、三方弁９３は、ポンプ５３と加湿空気タンク９２とを接続する。開口部８２から空気が吸引されるとき、三方弁９３は、ポンプ５３とバイパス経路とを接続する。三方弁９３の動作は、ＡＳＩＣ４５に接続された弁ドライバＩＣ（不図示）によって制御される。

三方弁９５は、ポンプ５３の他方の接続口を、吸引空気処理器９４及び吸引空気処理器９４のバイパス経路の何れかに接続する。開口部８２に加湿空気が供給されるとき、三方弁９３は、ポンプ５３とバイパス経路とを接続する。開口部８２から空気が吸引されるとき、三方弁９３は、ポンプ５３と吸引空気処理器９４とを接続する。三方弁９３の動作は、ＡＳＩＣ４５に接続された別の弁ドライバＩＣ（不図示）によって制御される。

ポンプ５３は、正回転して、開口部８２に向けた気流を作る（噴射動作）。このとき、加湿空気が開口部８２から噴射される。また、ポンプ５３は、逆回転して、給排開口９１に向けた気流を作る（吸引動作）。このとき、記録空間の空気が開口部８２から吸引される。ポンプ５３の動作は、ＡＳＩＣ４５に接続されたポンプドライバＩＣ５２によって制御される。

吸引空気処理器９４は、開口部８２から空気が吸引されるとき、空気中のインクミストを除去する。ポンプ５３の汚染や動作不良が抑制される。

以上の構成において、開口部８２に加湿空気が供給されるとき、三方弁９３がポンプ５３を加湿空気タンク９２に接続し、三方弁９５がポンプ５３を吸引空気処理器９４のバイパス経路に接続する。この状態でポンプ５３が噴射動作を行うと、給排開口９１に取り込まれた空気は、加湿空気タンク９２で加湿され、加湿空気として開口部８２から記録空間に噴射される。

また、開口部８２から空気が吸引されるとき、三方弁９３がポンプ５３を加湿空気タンク９２のバイパス経路に接続し、三方弁９５がポンプ５３を吸引空気処理器９４に接続する。この状態でポンプ５３が吸引動作を行うと、記録空間の空気は、開口部８２から吸引され、吸引空気処理器９４で浄化された後、給排開口９１から排出される。なお、加湿空気の噴射速度及び記録空間の空気の吸引速度は、それぞれ、ポンプ５３の吐出圧力及び吸引圧力に概ね比例する。

［動作］
次に、液滴吐出装置１の動作を説明する。図７は、液滴デューティに対する加湿空気の噴射速度及び記録空間の空気の吸引速度の関係を示す。ここで、記録シートＰの相対的な搬送速度（この場合、キャリッジ１２の移動速度）は、図７（Ａ）の場合よりも、図７（Ｂ）の場合の方が大きい。

図７（Ａ）及び図７（Ｂ）において、横軸は液滴デューティを表し、縦軸は開口部８２を通過する気流の速度を表す。横軸同士では、液滴デューティについて、同じ縮尺にしてある。縦軸は、正の領域が加湿空気の噴射速度に相当する。一方、負の領域は、記録空間の空気の吸引速度（負の噴射速度）に相当する。また、図７のグラフにおいて、液滴デューティがゼロの位置は、画像形成が行われていない状態を意味し、画像形成の準備動作中にも相当する。本実施形態では、画像形成の準備動作中、図示された速度で加湿空気が噴射される。

また、参照符号Ｆ１は、中間開口部８２Ａの特性曲線（液滴デューティ－気流の速度曲線）を示す。参照符号Ｆ２は、下流端開口部８２Ｂの特性曲線を示す。参照符号Ｆ３は、上流端開口部８２Ｃの特性速度曲線を示す。

また、参照符号ＴＨ１は、液滴デューティの閾値であって、中間開口部８２Ａの閾値（第１閾値）を示す。参照符号ＴＨ２は、下流端開口部８２Ｂの閾値（第２閾値）を示す。参照符号ＴＨ３は、下流端開口部８２Ｃの閾値（第３閾値）を示す。いずれの閾値においても、開口部８２を通過する気流の種類と方向が変化する。液滴デューティが大きくなると、加湿空気の噴射から空気の吸引に切り替わる。

上述の搬送速度が低い場合として、高画質モードでの印刷が例示される。搬送速度が高い場合として、ドラフトモードでの印刷が例示される。

図７（Ａ）の３つの特性曲線Ｆ１～Ｆ３及び図７（Ｂ）の３つの特性曲線Ｆ１～Ｆ３に対応する制御データは、制御部４０の記憶部（例えば、ＲＯＭ４２）に記憶されている。制御部４０は、これらの制御データに基づいて、対応するポンプドライバＩＣ５２を制御し、それぞれポンプ５３を駆動する。ポンプ５３は、液滴デューティが閾値未満であれば正回転し、閾値以上であれば逆回転する。

図５、図６、及び図７を参照すると、ここで、液滴デューティがゼロの場合、全ての開口部８２から、加湿空気が噴射される。噴射速度は、相対的な搬送速度（この場合、キャリッジ１２の移動速度）が低いほど低い。図７（ａ）の場合、第１噴射速度ＳＰ１である。図７（ｂ）の場合、図７（ａ）の場合に比べて搬送速度が高いので、第２噴射速度ＳＰ２（＞ＳＰ１）である。画像形成の準備動作中は、ノズル面１３ｂが大気にさらされた状態にある。メニスカスの乾燥が心配されるが、これにより、搬送速度に依らず、画像形成を始める前の乾燥を防止できる。

画像形成中の動作について説明する。開口部８２を通過する気流の種類、方向及び強度は、開口部８２の配置位置によって、それぞれ異なる特性曲線（液滴デューティ－気流の速度曲線）に基づいて制御される。本実施形態では、上流端開口部８２Ｃ、中間開口部８２Ａ、及び下流端開口部８２Ｂは、液滴デューティに関する閾値が、その配置位置に対応して異なる。

液滴デューティについて、上流端開口部８２Ｃには第１閾値ＴＨ１が割り付けられ、中間開口部８２Ａには第２閾値ＴＨ２が割り付けられ、下流端開口部８２Ｂには第３閾値ＴＨ３が割り付けられている。いずれの部位においても、液滴デューティが閾値未満である場合、開口部８２は加湿空気を噴射する。一方、液滴デューティが閾値以上である場合、開口部８２は記録空間の空気を吸引する。

また、特性曲線の傾向は、右肩下がりである。そのため、液滴デューティが増大するに連れて、開口部８２から噴射される加湿空気は、噴射速度が所定の速度（液滴デューティがゼロでの速度）からゼロ（液滴デューティが閾値での速度）へ向けて減少する。さらに、液滴デューティが増大するに連れて、開口部８２から吸引される空気は、吸引速度がゼロから増大される。

なお、図７（ａ）の場合と図７(ｂ)の場合では、液滴デューティがゼロでの速度が異なるが、液滴デューティに関する閾値は共通である。そのため、開口部８２を通過する気流の強度（速度）は、図７（ａ）の場合、図７(ｂ)の場合に比べて、その変化率が大きい。

ここで、液滴デューティに関する閾値は、第１閾値ＴＨ１、第２閾値ＴＨ２、第３閾値の順に小さいので、中間開口部８２Ａ、下流端開口部８２Ｂ、及び上流端開口部８２Ｃの順に、加湿空気の噴射から記録空間の空気の吸引に切り替わる。

従って、液滴デューティが第１閾値ＴＨ１未満のときは、加湿空気の噴射速度は、中間開口部８２Ａ、下流端開口部８２Ｂ、上流端開口部８２Ｃの順に小さい。また、液滴デューティが第３閾値ＴＨ３以上のときは、空気の吸引速度は、中間開口部８２Ａ、下流端開口部８２Ｂ、上流端開口部８２Ｃの順に大きい。

｛記録空間の空気の吸引｝
図８は、液滴デューティが大きい場合について、記録空間の気流状態を示す模式図である。液滴１０１が吐出されると、その周囲の空間では、液滴連行流（吐出方向の空気の流れ）１０２を生じる。この液滴連行流１０２は、記録シートＰで反転する。反射した液滴連交流は、記録シートＰに向かう液滴連行流１０２に引き込まれる（点線）。液滴デューティが大きい場合（例えば、高密度に並ぶ多数のノズル７５からの連続的一斉吐出時）、反射した液滴連交流がノズル７５の並びに沿って連なり、渦流（不図示）が発生する。この渦流は、液滴１０１の飛翔軌道に影響を及ぼし、液滴の着弾位置を乱す要因となる。

しかし、ノズル面１３ｂには、複数の開口部８２（８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ）が、各ノズル列８１に対応して設けられている。そして、複数の開口部８２（８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ）から、周囲の空気が吸引される。これにより、図８に示すように、吸引空気流１０４が生じる。吸引空気流１０４は、その一部が反射した液滴連行流であり、記録空間から排出される。その分、反射した液滴連行流は、渦流の形成に寄与しない。つまり、記録空間は、気流が安定する。その結果、液滴連行流１０２は生じるが、渦流の形成が抑制される。そのため、吐出される液滴１０１は、その着弾位置が乱れ難くなる。

ところで、液滴連行流１０２は、ノズル列８１の両側で発生する。隣接するノズル列８１の間では、単独のノズル列８１の片側（搬送方向における上流側又は下流側）に比べて、強い渦流が発生する可能性もある。しかし、本実施形態では、中間開口部８２Ａの空気吸引速度が、上流端開口部８２Ｃ及び下流端開口部８２Ｂの空気吸引速度よりも大きい。そのため、ノズル列８１の位置に依らず、渦流の発生を防止することができる。

さらに、画像形成中は、キャリッジ１２が、記録シートＰと相対移動している。視点をキャリッジ１２に置くと、記録シートＰ近傍には、相対移動に伴う気流（媒体連行流１０３）が実効的に生じる。走査方向について、全ノズル列８１の下流側（記録シートＰの相対移動方向の上流側）では、液滴連行流１０２及び媒体連行流１０３の方向が逆行の関係にある。そのため、液滴連行流１０２は弱まる。一方、全ノズル列８１の上流側（記録シートＰの相対移動方向の下流側）では、液滴連行流１０２及び媒体連行流１０３の方向が、同行の関係にある。そのため、液滴連行流１０２は弱まらない。しかし、本実施形態では、上述のように、記録シートＰの相対移動方向（キャリッジ１２の走査方向と逆の方向）に関して、下流端開口部８２Ｂの空気吸引速度が、上流端開口部８２Ｃの空気吸引速度よりも大きい。そのため、ノズル列８１の位置に依らず、全体的に渦流の発生を防止することができる。

｛加湿空気の噴射｝
図９は、液滴デューティが小さい場合について、記録空間の気流状態を示す模式図である。図９において、参照符号１０５は、開口部８２から噴射される加湿空気の流れを示す。

液滴デューティが小さい場合でも、液滴１０１の飛翔に伴い、液滴連行流１０２は生じる。このとき、液滴１０１の分布が疎らのため、渦流の発生には至らない。しかし、液滴１０１の吐出に与らないノズル７５では、メニスカスが乾燥する。メニスカスの乾燥は、外気に触れやすいノズル７５ほど進む。例えば、走査方向について、中間のノズル列８１よりも、上流端及び下流端のノズル列８１が外気に触れやすい。この不具合は、加湿空気の供給で解消される。

さらに、本実施形態では、中間開口部８２Ａの加湿空気１０５の噴射速度が、上流端開口部８２Ｃ及び下流端開口部８２Ｂの加湿空気１０５の噴射速度よりも小さい。そのため、ノズル列８１の位置によらず、過不足無い均一な加湿ができる。また、無駄な加湿源(この場合、水)の消費が抑制される。

また、キャリッジ１２が走査されると、媒体連行流１０３が実効的に生じる。走査方向について、下流端（記録シートＰの相対移動方向の上流端）のノズル列８１では、媒体連行流１０３の影響が強いので、上流端（記録シートＰの相対移動方向の下流端）のノズル列８１よりもメニスカスの乾燥が進みやすい。しかし、本実施形態では、記録シートＰの相対移動方向に関して、上流端開口部８２Ｃの加湿空気１０５の噴射速度が、下流端開口部８２Ｂの加湿空気１０５の噴射速度よりも大きい。そのため、ノズル列８１の位置によらず、過不足無い均一な加湿ができる。また、無駄な加湿源の消費が、よりいっそう抑制される。

｛加湿空気噴射と空気吸引との切り替え｝
本実施形態では、上述のように、液滴デューティの増大に対し、中間開口部８２Ａ、下流端開口部８２Ｂ、及び上流端開口部８２Ｃの順に、加湿空気の噴射から記録空間の空気の吸引に切り替わる。このとき、防止すべき渦流が強い開口部ほど、早期に記録空間の空気の吸引が始まる。そのため、ノズル列８１の位置によらず、着弾位置の乱れを適切に防止することができる。

｛以上の構成による総合効果｝
図３、図５～図９を参照すると、液滴吐出装置１では、液滴デューティが増大するに連れて、メニスカスの乾燥防止が必要なノズル７５の数は減少する一方、液滴連行流１０２の発生に関与するノズル７５の数が増加する。

本実施形態では、上述のように、液滴デューティに関して、閾値（ＴＨ１～ＴＨ３）がある。液滴デューティが閾値を跨ぐとき、開口部８１を通過する気流の種類と方向が切り替わる。さらに、液滴デューティが変化すると、この気流の強度も変化する。そのため、低液滴デューティ時のメニスカスの乾燥を適切に防止し、且つ、高液滴デューティ時の着弾の乱れを適切に防止することができる。

｛搬送速度と加湿空気噴射及び空気吸引との関係｝
本実施形態では、加湿空気の噴射速度及び記録の空気の吸引速度が、記録シートＰの相対的な搬送速度が増大するに連れて、増大される。

搬送速度が増大するに連れて、媒体連行流１０３も増大する。そのため、液滴デューティが閾値ＴＨ１～ＴＨ３未満であれば、メニスカスの乾燥がさらに進み、液滴デューティが閾値ＴＨ１～ＴＨ３以上であれば、さらに生じやすくなる。しかし、本実施形態では、上記のように、加湿空気の噴射速度及び記録空間の空気の吸引速度が、記録シートＰの搬送速度が増大するに連れて、増大される。そのため、メニスカスの乾燥や弾の乱れを、記録シートＰの相対的な搬送速度によらず、適切に防止することができる。

｛画像形成動作の完了後｝
図３、図８、及び図９を参照すると、液滴吐出装置１では、画像形成のための液滴１０１の吐出が完了したとき、全ての開口部８２（８２Ａ～８２Ｃ）から記録空間の空気が吸引される。

液滴連行流１０２及び媒体連行流１０３は、液滴１０１の吐出や記録シートＰの搬送が終了しても、若干の間持続する。しかし、本実施形態では、画像形成のための液滴１０１の吐出が完了したとき、記録空間の空気が吸引される。そのため、画像形成終了後において、渦流の形成やこれに伴う液滴ミストの飛散を防止することができる。

（その他の実施形態）
上記実施形態では、キャリッジに搭載される記録ヘッド１３を備える液滴吐出装置１に本発明を適用する形態を例示したが、本発明はこれには限定されない。例えば、ラインヘッドを備える液滴吐出装置に、上記と同様に本発明を適用することができる。

上記実施形態では、液滴を吐出する吐出ヘッド（記録ヘッド１３）が記録シートＰに対して移動する液滴吐出装置１に本発明を適用する形態を例示したが、本発明はこれには限定されない。例えば、記録シートＰが吐出ヘッドに対して移動する液滴吐出装置に、上記と同様に本発明を適用することができる。

開口部８２を通過する気流の速度は、液滴デューティが同じでも、記録シートＰの搬送速度が高い程、大きくしていた。同様に、温度や湿度に対しても、同様の調整を行ってもよい。温度が高い程、メニスカスの乾燥が進むので、気流の速度も大きくすることが好適である。これにより、温度に依らず、画像形成を始める前の乾燥を防止できる。また、湿度が低い程、メニスカスの乾燥が進むので、気流の速度も大きくすればよい。これにより、湿度に依らず、画像形成を始める前の乾燥を防止できる。

上記実施形態では、記録シートＰの搬送速度について、図７（ａ）の場合と図７（ｂ）の場合の２つを例示した。しかし、搬送速度について、３つ以上の段階に対応して、液滴デューティ－気流の速度曲線が設定されていてもよい。もちろん、連続的に変化する搬送速度について、この特性曲線が用意されていてもよい。

上記実施形態では、液滴吐出装置の記録ヘッドがシリアル型であったが、ライン型でもよい。画像形成に際して、前者の場合、上述のように、記録ヘッドが記録シートＰに対して相対的に移動する。後者の場合は、記録シートＰが、記録ヘッドに対して相対的に移動する。しかし、記録ヘッドと記録シートＰとの相対移動方向に関して、両者は、ノズル列の延びる方向が直交する点で共通する。つまり、両者は、本願発明の課題を共有し、上述の構成とその動作をライン型の装置に適用することで、ライン型の装置においても、本願発明と同等の効果を享受できる。なお、相対移動方向とは、本願発明では、走査方向に相当する。また、ライン型の構成であれば、記録シートＰが搬送される搬送方向に相当する。

上記説明から、当業者にとっては、多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきである。

本発明の液滴吐出装置は、液滴デューティの変化に応じて液滴の着弾位置の乱れ及びメニスカスの乾燥を抑制することが可能な液滴吐出装置として有用である。

１ 液滴吐出装置
１３ 記録ヘッド
４８ ドライバＩＣ
５２ ポンプドライバＩＣ
７５ ノズル
８１ ノズル列
８２ 開口部
８２Ａ 中間開口部
８２Ｂ 下流端開口部
８２Ｃ 上流端開口部
９０Ａ 加湿空気供給経路
９０Ｂ 空気吸引経路
９１ 給排開口
９２ 加湿空気タンク
９３ 三方弁
９４ 吸引空気処理器
１０１ 液滴
１０２ 液滴連行流
１０３ 媒体連行流
１０４ 吸引空気流
１０５ 加湿空気
Ｆ１～Ｆ３ 液滴デューティ－噴射速度／吸引速度曲線
ＯＭ１ 画像形成準備動作
ＯＭ２ 画像形成動作
ＳＰ１ 第１噴射速度
ＳＰ２ 第２噴射速度
ＴＨ１～ＴＨ３ 第１～第３閾値

Claims (11)

1. 複数のノズルと、前記複数のノズルが開口したノズル面とを有する記録ヘッドを備え、
   前記ノズル面では、
   前記複数のノズルが走査方向に並んで複数のノズル列を構成し、前記複数のノズル列が前記走査方向と交差する搬送方向に配列しているとともに、前記搬送方向に関して前記複数のノズル列の間及び両側には、複数の開口部が前記ノズル列に沿って開口し、
   前記複数の開口部は、画像データに基づいて前記複数のノズルから液体を吐出することで、記録媒体に画像を形成するとき、前記記録媒体の画像形成領域について、単位面積当たりの液体の投入量である液滴デューティが閾値未満であれば、前記複数の開口部から加湿空気を噴射し、且つ、前記液滴デューティが前記閾値以上であれば、前記複数の開口部から空気を吸引するよう構成されている、液滴吐出装置。
2. 前記開口部は、前記ノズル列に沿って延在する１つの細長い開口又は前記ノズル列に沿って互いに間隔を介して配列した複数の開口を含む、請求項１に記載の液滴吐出装置。
3. 前記液滴デューティが閾値未満のとき、前記液滴デューティがゼロから増大するに連れて、前記開口部から噴射される前記加湿空気の噴射速度が所定値からゼロへ向けて減少され、且つ、前記液滴デューティが閾値以上のとき、前記液滴デューティが前記閾値から増大するに連れて、前記開口部から吸引される前記空気の吸引速度がゼロから増大されるように構成されている、請求項１又は２に記載の液滴吐出装置。
4. 前記搬送方向において、前記複数のノズル列の上流側、間、及び下流側に配置された前記開口部をそれぞれ上流端開口部、中間開口部、及び下流端開口部とした場合に、
   前記閾値として、前記中間開口部に対応した第１閾値と、前記下流端開口部に対応した第２閾値と、前記上流端開口部に対応した第３閾値と、を有し、
   前記第１閾値は前記第２閾値より小さく、前記第２閾値は前記第３閾値より小さい、請求項１乃至３のいずれかに記載の液滴吐出装置。
5. 前記液滴デューティが第３閾値以上のとき、前記中間開口部の空気吸引速度が、前記上流端開口部及び下流端開口部の空気吸引速度よりも大きい、請求項４に記載の液滴吐出装置。
6. 前記下流端開口部の空気吸引速度が、前記上流端開口部の空気吸引速度よりも大きい、請求項５に記載の液滴吐出装置。
7. 前記液滴デューティが第１閾値未満のとき、前記中間開口部の加湿空気噴射速度が、前記上流端開口部及び下流端開口部の加湿空気噴射速度よりも小さい、請求項４乃至６のいずれかに記載の液滴吐出装置。
8. 前記上流端開口部の加湿空気噴射速度が、前記下流端開口部の加湿空気噴射速度よりも大きい、請求項７に記載の液滴吐出装置。
9. 前記加湿空気噴射速度及び前記空気吸引速度は、前記記録媒体の搬送速度が増大するに連れて増大されるように構成されている、請求項３乃至８のいずれかに記載の液滴吐出装置。
10. 前記画像形成のための液滴の吐出が完了したとき、全ての前記開口部から空気が吸引されるように構成されている、請求項１乃至９のいずれかに記載の液滴吐出装置。
11. 前記画像形成のための液滴の吐出を始める前には、前記加湿空気が全ての前記開口部から前記液滴デューティがゼロに対応した速度で噴射されるように構成されている、請求項１乃至１０のいずれかに記載の液滴吐出装置。
    

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