JPWO2010097939A1 - インクジェットプリンタ、インクジェットヘッド、及び印刷方法 - Google Patents

インクジェットプリンタ、インクジェットヘッド、及び印刷方法 Download PDF

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Abstract

（課題）インクジェットヘッドのノズルから吐出されるインク滴が受ける空気抵抗の影響を、適切に抑える。（解決手段）インクジェットプリンタであって、インクジェットヘッド（１２）は、ノズル（１０４）と、気流吹出部（１２０）とを有し、気流吹出部（１２０）は、ノズル（１０４）から吐出されるインク滴に沿って媒体（５０）へ向かう気流である主気流を吹き出す主気流吹出口（１０８）と、主気流を間に挟んでインク滴に沿って媒体（５０）へ向かう気流である副気流を吹き出す副気流吹出口（１１０）とを有する。

Description

本発明は、インクジェットプリンタ、インクジェットヘッド、及び印刷方法に関する。
従来、ノズルからインク滴を吐出することで印刷を行うインクジェットプリンタが広く用いられている。また、近年、例えば、インクジェットプリンタの印刷精度に対する要求の高まりに応じて、インク滴のサイズをより微細化することが望まれている。また、例えば、インクジェットプリンタの用途の広がりにより、用途によっては、インクジェットヘッドと媒体との間の距離（ギャップ長）を大きくすることが求められる場合も生じてる。
ここで、飛翔する液滴の運動エネルギーは、その質量に比例する。また、液滴の質量は、その半径ｒの３乗（ｒ３）に比例する。液滴の半径とは、例えば、液滴の形状を球形近似した場合の半径である。
これに対し、飛翔する液滴が空気中で受ける空気抵抗には、半径ｒに比例する成分と、半径ｒの２乗（ｒ２）に比例する成分がある。そのため、全体での空気抵抗は、ｒ〜ｒ２の間の値に比例することとなる。そして、このような運動エネルギーと空気抵抗との関係により、空気中を液滴が飛翔する場合、液滴のサイズが小さくなると、空気抵抗の影響がより顕著となる。
そのため、例えばインク滴のサイズを適切に微細化するためには、空気抵抗の影響を十分に抑えることが必要になる。また、例えばギャップ長を大きくしようとする場合も、インク滴が空気抵抗を受ける時間が長くなるため、空気抵抗の影響を十分に抑えることが必要になる。
これに対し、本願の発明者は、先ず、飛翔するインク滴の周囲に気流を発生させ、インクの飛翔をアシストすることを考えた。そして、鋭意研究を行うことにより、更に、単に気流を発生させるだけでは適切に飛翔をアシストできない場合があることを見出した。例えば、空気抵抗の影響をより低減するために気流の速度を大きくすると、気流に乱れが生じ、インク滴の飛翔を適切にアシストできない場合があることを見出した。そのため、より適切な方法により、空気抵抗の影響を抑えることが望まれる。本発明は、上記の課題を解決できるインクジェットプリンタ、インクジェットヘッド、及び印刷方法を提供することを目的とする。
尚、本発明に関連する先行技術を調査したところ、不活性ガスを導入しつつノズルから溶融半田を吐出するバンプ形成装置に関する特許文献１を発見した。また、空気流と静電力を利用したインクジェット記録装置に関する特許文献２を発見した。しかし、これらの特許文献に記載された構成は、本願発明とは全く異なる課題を解決するための構成である。また、構成も、本願発明と異なっている。
特開２０００−２９４５９１号公報 特開平８−２３８７６６号公報
上記の課題を解決するために、本発明は、以下の構成を有する。
（構成１）インク滴を媒体へ向けて吐出するインクジェットヘッドを備えるインクジェットプリンタであって、インクジェットヘッドは、媒体へインク滴を吐出するノズルと、ノズルから吐出されたインク滴に沿って媒体へ向かう気流を吹き出す気流吹出部とを有し、気流吹出部は、ノズルから吐出されるインク滴に沿って媒体へ向かう気流である主気流を吹き出す主気流吹出口と、主気流を間に挟んでインク滴に沿って媒体へ向かう気流である副気流を吹き出す副気流吹出口とを有する。
主気流は、例えば、インク滴と直接に接しつつ、媒体へ向かう。副気流は、例えば、インク滴から主気流までの距離よりもインク滴からの距離が大きな位置において、インク滴に沿って媒体へ向かう。
副気流吹出口は、例えば、主気流に沿った副気流を吹き出すことにより、主気流を支え、主気流が拡がることや、主気流の減速を抑える。また、副気流吹出口は、このような副気流を吹き出すことにより、例えば、主気流を層流に保つ。主気流の速度は、副気流がない単独の状態では層流にならず、乱流になる速度であってよい。主気流吹出口及び副気流吹出口のそれぞれは、例えば、配管により、ブロワーと連結されており、ブロワーが発生する気流をそれぞれ吹き出す。
このように構成した場合、例えば、ノズルから媒体へ向かう気流の中でインク滴を飛翔させることとなる。そのため、周囲の空気に対するインク滴の相対速度は、気流を発生させない場合と比べて小さくなる。そして、その結果、インク滴が受ける空気抵抗の影響も小さくなる。
また、この場合、インク滴に沿って流れる主気流の他に、主気流に沿った副気流を更に吹き出すことにより、例えば主気流を層流に保ち、主気流を安定化させることができる。また、例えば、主気流が層流になりやすい構成とすることにより、主気流の速度をより高めることも可能になる。そのため、このように構成すれば、インク滴が受ける空気抵抗の影響を適切に抑えることができる。
更には、空気抵抗の影響を抑えることにより、例えばインク滴を微細化した場合にも、媒体へインク滴を適切に到達させることが可能になる。そのため、例えばインク滴を適切に微細化することが可能になる。インクジェットヘッドは、ノズルから、例えばサイズ（容量）が１ｐｌ以下（例えば０．１〜１ｐｌ）のインク滴を吐出してよい。
また、空気抵抗の影響を抑えることにより、ミスト化せずにインクが飛翔する飛翔距離を増大させることができる。これにより、例えばインクジェットヘッドと媒体との間の距離（ギャップ長）が大きい場合にも、適切に印刷を行うことができる。そのため、このように構成すれば、例えば、インクジェットヘッドと媒体との間の距離（ギャップ長）を大きくすることも可能になる。また、これにより、例えば、ギャップ長の大きなインクジェットプリンタを適切に提供できる。
例えば、インク滴のサイズ（容量）が３ｐｌ程度（例えば２．５〜３．５ｐｌ）である場合、ギャップ長は、例えば１０ｍｍ以上（例えば１０〜１００ｍｍ）とすることが考えられる。ギャップ長は、例えば１００ｍｍ以上であってもよい。
（構成２）ノズルは、インクジェットヘッドにおいて媒体と対向する面であるノズル面に形成されており、主気流吹出口は、ノズル面においてノズルと隣接する位置に形成され、副気流吹出口は、ノズル面において主気流吹出口を挟んでノズルと隣接する位置に形成される。このように構成すれば、例えば、主気流及び副気流を適切に吹き出すことができる。
（構成３）インクジェットヘッドは、ノズル面に、ノズル列として列状に並ぶ複数のノズルを有し、主気流吹出口は、ノズル面においてノズル列の両隣に隣接する領域であり、ノズル列の列方向に沿って延伸する第１領域に設けられており、第１領域から、ノズル列を挟むスリット状の主気流を吹き出し、副気流吹出口は、ノズル面において第１領域の両隣に隣接する領域であり、ノズル列の列方向に沿って延伸する第２領域に設けられており、主気流に沿って媒体に向かうスリット状の副気流を、第２領域から吹き出す。
インクジェットプリンタにおいては、例えば、複数のノズルから同時にインク滴を吐出することにより、印刷速度を向上させる。しかし、例えばインク滴に沿った気流を発生させようとする場合に、個々のノズル毎に個別の気流を発生させようとすると、コストの大幅の上昇を招くおそれがある。また、ノズルの間隔が大きくなり、高い解像度での印刷が難しくなるおそれもある。
これに対し、このように構成すれば、例えば、コストの大幅な上昇や印刷解像度の低下を起こすことなく、ノズル列中の複数のノズルに対して共通に、主気流及び副気流を適切に発生させることができる。また、これにより、インク滴が受ける空気抵抗の影響を、より適切に抑えることができる。
（構成４）副気流吹出口は、速度が主気流の０．３〜１．２倍の副気流を吹き出す。このように構成すれば、例えば、副気流により、主気流を適切に支えることができる。副気流の速度は、好ましくは、主気流の０．８〜１．２倍である。
ここで、構成４において、主気流の速度、及び副気流の速度とは、例えば、それぞれの気流の初速度である。主気流の初速度とは、例えば、主気流吹出口から吹き出された直後における主気流の速度である。副気流の初速度とは、例えば、副気流吹出口から吹き出された直後における副気流の速度である。
副気流は、存在するのみでも、主気流を支える効果を生じる。しかし、主気流をより適切に支えるためには、副気流の速度を、主気流とほぼ同じか、主気流よりも若干小さくすることが好ましい。また、主気流及び副気流は、媒体に達するまでの間に減速する。そして、より外側を流れる副気流の方が、主気流よりも減速しやすい。そのため、初速度の段階で副気流の速度の方が若干速くても、媒体への到達時点では、逆転したり、等速に近くなる。従って、副気流の速度を上記のように設定すれば、副気流を用いることの効果をより高めることができる。
尚、主気流及び副気流の速度のより好ましい関係は、例えば、それぞれが設けられる位置や、ノズルからの距離によって変わる。そのため、例えば、主気流及び副気流の速度の関係については、例えば、上記の範囲から、インクジェットヘッドの構成に応じて適宜調整することが好ましい。
また、気流吹出部は、一の主気流吹出口に対して、その主気流吹出口からの位置が異なる複数の副気流吹出口を有してもよい。この場合、例えば、少なくとも主気流に最も近い副気流吹出口から吹き出される副気流の速度を、上記のように設定することが好ましい。また、この場合、主気流吹出口により近い副気流吹出口は、主気流により近い速度の副記流を吹き出すことが好ましい。また、主気流吹出口からより遠い外側の副気流吹出口程、より低速の副気流を吹き出すことが好ましい。このように構成すれば、例えば、副気流により主気流をより適切に支えることができる。また、これにより、主気流をより適切に層流にできる。
（構成５）インクジェットヘッドは、媒体への着弾時のインク滴の速度が、媒体への到達時点での主気流の速度よりも大きくなる初速度で、ノズルからインク滴を吐出する。
媒体への着弾時点において、主気流に対するインク滴の速度が０になっていると、例えば気流に乱れが生じた場合等に、インク滴の着弾精度に影響が生じやすくなるおそれもある。これに対し、このように構成すれば、媒体へ向かう方向へのインク滴の相対速度を、着弾時点においても正に維持することができる。また、これにより、例えば、より高い精度でインク滴を着弾させることができる。
従って、このように構成すれば、インク滴が受ける空気抵抗の影響を、より適切に抑えることができる。尚、媒体にインク滴が着弾するタイミングにおけるインク滴の速度をｖ１、その周囲における主気流の速度（流速）をｖ２とした場合、速度ｖ１は、例えば速度ｖ２の１．１〜５倍の範囲であることが好ましい。
また、例えば着弾時点での気流の乱れの影響が小さい場合等には、速度ｖ１を、１．１ｖ２以下にすることも考えられる。この場合、速度ｖ１は、例えば、より広い範囲の速度に設定可能である。速度ｖ１は、例えば、速度ｖ２の０．５〜５倍の範囲の速度であってもよい。また、速度ｖ１は、例えば、速度ｖ２の０．８〜５倍の範囲の速度とすることがより好ましい。
（構成６）インクジェットプリンタは、ノズルから吐出される前のインクを貯留するインク貯留部と、インク貯留部の雰囲気の圧力を調整する圧力調整部とを更に有し、圧力調整部は、主気流吹出口による主気流の吹き出しの圧力をインク貯留部へ伝えることにより、インク貯留部の雰囲気の圧力を調整する。
気流を発生させる効果を適切に発揮させるためには、気流の速度を高めることが必要な場合がある。例えば、層流を安定して形成するには、気流（主気流）の速度を高くする必要がある。そして、このような場合、気流の圧力は、ノズル近辺において正圧となる。また、その結果、ノズルからインクジェットヘッド内部への気流の逆流が生じやすくなる。
これに対し、このように構成した場合、例えば、気流の吹き出しの圧力に応じて、インクジェットヘッドの内部の側の圧力を適切に調整できる。そのため、このように構成すれば、例えば、インクジェットヘッドの内部と外部との間で生じる圧力を、一定の圧力に適切に維持できる。また、これにより、例えば、ノズルからインクジェットヘッド内部への空気の混入を防止できる。また、例えば、ノズルからインクジェットヘッド外部へのインクの漏れ等も、適切に防止できる。
尚、インク貯留部は、例えば、インクジェットヘッド内部におけるインク供給側の領域、又は、インクジェットヘッドへのインク供給経路の途中に設けられる中間タンク等である。また、圧力調整部は、例えば、インク貯留部に連結される配管である。この配管は、例えば、気流（主気流）を発生させるブロワーから気流の吹出口までの配管を分岐した配管である。
このように構成した場合、例えば、ブロワーの圧力が変動しても、ノズルを介して接続されるインクジェットヘッドの内部と外部との間で、圧力の変動はキャンセルされる。そのため、このように構成すれば、例えば、インクジェットヘッド内部と外部との間で生じる圧力を、一定の圧力に適切に維持できる。
（構成７）インク滴を媒体へ向けて吐出するインクジェットヘッドであって、媒体へインク滴を吐出するノズルと、ノズルから吐出されたインク滴に沿って媒体へ向かう気流を吹き出す気流吹出部とを有し、気流吹出部は、ノズルから吐出されるインク滴に沿って媒体へ向かう気流である主気流を吹き出す主気流吹出口と、主気流を間に挟んでインク滴に沿って媒体へ向かう気流である副気流を吹き出す副気流吹出口とを有する。このように構成すれば、例えば、構成１と同様の効果を得ることができる。
（構成８）インク滴を媒体へ向けて吐出することにより、インクジェット方式で印刷を行う印刷方法であって、ノズルから、媒体へインク滴を吐出し、ノズルから吐出されたインク滴に沿って媒体へ向かう気流を、気流吹出部から吹き出し、媒体へ向かう気流として、ノズルから吐出されるインク滴に沿って媒体へ向かう気流である主気流と、主気流を間に挟んでインク滴に沿って媒体へ向かう気流である副気流とを吹き出す。このようにすれば、例えば、構成１と同様の効果を得ることができる。
本発明によれば、例えば、インクジェットヘッドのノズルから吐出されるインク滴が受ける空気抵抗の影響を、適切に抑えることができる。
本発明の一実施形態に係るインクジェットプリンタ１０の構成の一例を示す図である。 インクジェットヘッドのノズルから吐出されるインク滴の様子をモデル化して示す図である。図２（ａ）は、インク滴が媒体５０に到達する条件の下で印刷を行う場合の様子の一例を示す。図２（ｂ）は、ギャップ長Ｌｇをより大きくした場合の様子の一例を示す。 インクジェットヘッド１２のより詳細な構成の一例を示す図である。 インクジェットヘッド１２のより詳細な構成の第１の例を示す図である。図４（ａ）は、インクジェットヘッド１２の横断面図である。図４（ｂ）は、インクジェットヘッド１２を下面（ノズル面）側から見た図である。 インクジェットヘッド１２のより詳細な構成の第２の例を示す図である。図５（ａ）は、インクジェットヘッド１２の横断面図である。図５（ｂ）は、インクジェットヘッド１２を下面（ノズル面）側から見た図である。
以下、本発明に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るインクジェットプリンタ１０の構成の一例を示す。インクジェットプリンタ１０は、インクジェット方式で媒体５０に対して印刷を行う印刷装置であり、インクジェットヘッド１２、インクボトル１４、インク中間タンク１６、ブロワー１８、気流供給配管２０、及び気流分岐配管２２を備える。
また、本例において、インクジェットプリンタ１０は、マルチパス方式で印刷を行う印刷装置であり、インク滴を吐出しながら移動するスキャン動作をインクジェットヘッド１２に行わせる。そのため、図示は省略したが、インクジェットプリンタ１０は、例えば、インクジェットヘッド１２を移動させるヘッド駆動機構や、媒体５０を搬送する搬送機構等を更に備える。
インクジェットヘッド１２は、インク滴を吐出するノズル１０４を有する印刷ヘッドである。本例において、インクジェットヘッド１２は、媒体５０と対向する面であるノズル面に、ノズル列１０６として列状に並ぶ複数のノズル１０４を有する。また、ノズル列１０６の周囲に、気流吹出部１２０を有する。気流吹出部１２０は、ノズル１０４から吐出されたインク滴に沿って媒体５０へ向かう気流を吹き出す。この気流により、本例において、インクジェットヘッド１２は、インク滴の飛翔をアシストする。気流を吹き出す構成や、その効果等については、後に更に詳しく説明する。
インクボトル１４は、インクジェットプリンタ１０で使用されるインクを貯留するボトルである。また、インク中間タンク１６は、インクボトル１４とインクジェットヘッド１２とを繋ぐインク経路の途中においてインクを貯留するタンクである。インク中間タンク１６は、インクボトル１４から供給されるインクを貯留し、印刷動作の進行に応じて、インクジェットヘッド１２へ、インクを供給する。また、本例において、インク中間タンク１６は、ノズル１０４から吐出される前のインクを貯留するインク貯留部として機能する。尚、本発明の変形例においては、インクジェットヘッド１２の内部におけるインク供給側の領域又はインクボトル１４等が、インク貯留部として機能してもよい。
また、本例において、インクジェットプリンタ１０は、ＹＭＣＫインクの各色のインクを用いて印刷を行う。インクジェットプリンタ１０は、ＹＭＣＫインク以外のインクを更に用いて印刷を行ってもよい。また、インクジェットプリンタ１０は、インクボトル１４やインク中間タンク１６等のインク供給用の構成を、インクの色毎に備える。
ブロワー１８は、気流を発生させる気流発生装置であり、発生した気流を、気流供給配管２０を介して、インクジェットヘッド１２へ供給する。これにより、ブロワー１８は、インクジェットヘッド１２に、気流吹出部１２０から、気流を吹き出させる。
気流供給配管２０は、ブロワー１８とインクジェットヘッド１２とを繋ぐ配管であり、ブロワー１８が発生する気流を、インクジェットヘッド１２へ供給する。気流分岐配管２２は、気流供給配管２０を分岐した配管であり、インク中間タンク１６に連結されることにより、ブロワー１８とインク中間タンク１６とを繋ぐ。
この構成により、気流分岐配管２２は、インクジェットヘッド１２における気流吹出部１２０による気流の吹き出しの圧力を、インク貯留部であるインク中間タンク１６へ伝える。これにより、気流分岐配管２２は、インク貯留部の雰囲気の圧力を調整する圧力調整部として機能する。
ここで、気流を発生させる効果を適切に発揮させるためには、気流の速度を高めることが必要な場合がある。そして、このような場合、ノズル１０４の近辺において気流の圧力が正圧となり、ノズル１０４からインクジェットヘッド１２の内部への気流の逆流が生じやすくなる。
これに対し、本例によれば、例えば、気流の吹き出しの圧力に応じて、インクジェットヘッド１２の内部の側の圧力を適切に調整できる。そのため、インクジェットヘッド１２の内部と外部との間で生じる圧力を、一定の圧力に適切に維持できる。また、これにより、例えば、ノズル１０４からインクジェットヘッド１２の内部への空気の混入を防止できる。また、例えば、ノズル１０４からインクジェットヘッド１２外部へのインクの漏れ等も、適切に防止できる。
更には、本例においては、例えば、ブロワー１８の圧力が変動しても、ノズル１０４を介して接続されるインクジェットヘッド１２の内部と外部との間で、圧力の変動はキャンセルされる。そのため、本例によれば、例えば、インクジェットヘッド１２の内部と外部との間で生じる圧力を、一定の圧力に適切に維持できる。
図２及び図３は、気流を吹き出す構成、及びその効果の一例について説明する図である。図２は、インクジェットヘッドのノズルから吐出されるインク滴の様子をモデル化して示す図であり、気流を吹き出さない場合のインク滴の飛翔の様子を示す。
図２（ａ）は、インク滴が媒体５０に到達する条件の下で印刷を行う場合の様子の一例を示す。インクジェットヘッドのノズルから吐出されたインク滴は、空気抵抗を受けつつ、媒体５０に向かって飛翔する。そして、空気抵抗の影響に対し、インクジェットヘッドと媒体５０との間の距離であるギャップ長Ｌｇが小さければ、インク滴は、図２（ａ）に示すように、媒体５０に着弾する。
尚、インクジェット方式でインクを吐出する場合、印刷精度に基づく必要な着弾精度に応じて予め設定されたサイズのメインの液滴（主滴）以外に、サテライトと呼ばれる主滴より小さな液滴が発生することが多い。そして、このサテライトは、質量が小さく、運動エネルギーが小さいために、主滴よりも、空気抵抗の影響を受けやすい。そのため、サテライトは、主滴より早く減速し、媒体５０に到着できずにミスト化しやすい。
そして、サテライトがミスト化した場合、ミスト化したインクがプリント内や媒体５０に付着し、機内汚れや媒体５０の品質劣化が生じるおそれがある。そのため、インクジェットプリンタで適切に印刷を行うためには、サテライトのミスト化にも考慮することが好ましい。
図２（ｂ）は、ギャップ長Ｌｇをより大きくした場合の様子の一例を示す。ギャップ長Ｌｇを大きくすると、図示したように、媒体５０に到達するまでに受ける空気抵抗の影響がより大きくなり、インク滴の主滴もミスト化することとなる。そして、その結果、媒体５０にインク滴が到達しないこととなり、適切に印刷を行うことができなくなる。
そのため、ギャップ長Ｌｇの大きさは、最大でも、インク滴の主滴が媒体５０へ到達し得る大きさにする必要がある。気流によるアシスト等を行わない従来の構成のインクジェットプリンタにおいて、例えば液滴のサイズが３ｐｌ程度のＹＭＣＫインクを用いる場合、ギャップ長Ｌｇは、例えば、２〜４ｍｍ程度以下にする必要がある。
図３は、インクジェットヘッド１２のより詳細な構成の一例を示す図であり、インク滴の吐出方向と平行な平面によるインクジェットヘッド１２の断面におけるノズル１０４の近傍の構成を示す。この断面は、ノズル列１０６の列方向に対して垂直な断面である。
本例において、ノズル１０４は、インクジェットヘッド１２において媒体５０と対向する面であるノズル面に形成されている。また、気流吹出部１２０は、ノズル１０４の周囲に、気流の吹出口として、主気流吹出口１０８及び副気流吹出口１１０を有する。
主気流吹出口１０８は、ノズル面においてノズル列１０６と隣接する位置に形成される吹き出し口であり、ノズル１０４から吐出されるインク滴に沿って媒体５０へ向かう気流である主気流を吹き出す。これにより、主気流吹出口１０８は、インク滴の飛翔を直接アシストする気流を吹き出す。
副気流吹出口１１０は、ノズル面において主気流吹出口１０８を挟んでノズル列１０６と隣接する位置に形成される吹出口であり、主気流を間に挟んでインク滴に沿って媒体５０へ向かう気流である副気流を吹き出す。この副気流は、例えば、インク滴から主気流までの距離よりもインク滴からの距離が大きな位置においてインク滴に沿って媒体５０へ向かう気流であり、主気流に沿って流れることにより、主気流の流れを制御する。副気流吹出口１１０は、例えば、主気流に沿った副気流を吹き出すことにより、主気流を層流に保ちつつ、主気流をより遠くへ誘導する。これにより、副気流吹出口１１０は、主気流を介して間接的にインク滴の飛翔をアシストする気流を吹き出す。
また、本例において、副気流吹出口１１０は、媒体５０へ向かう速度が主気流とほぼ同じか、若干小さな気流を、副気流として吹き出す。このように構成すれば、例えば、主気流をより適切に層流にできる。副気流の速度は、例えば、主気流の速度の０．３〜１．２倍、より好ましくは、０．８〜１．２倍である。このように構成すれば、例えば、副気流により主気流をより適切に支えることができる。また、これにより、主気流をより適切に層流にできる。
また、本例においては、層流の主気流をより適切に遠くへ誘導するために、気流吹出部１２０は、一の主気流吹出口１０８に対して、その主気流吹出口１０８からの位置が異なる複数の副気流吹出口１１０を有する。この場合、主気流吹出口１０８により近い副気流吹出口１１０は、主気流により近い速度の副記流を吹き出すことが好ましい。このように構成すれば、より適切に主気流を層流にできる。
尚、本例において、主気流吹出口１０８は、図中に３Ｄ拡大図として示したように、長手方向がノズル列１０６と平行なスリット状の気流を吹き出す。また、副気流吹出口１１０は、主気流と平行なスリット状の気流を吹き出す。これにより、気流吹出部１２０は、インク滴の吐出方向と同じ方向に、ノズル列１０６をカバーできるようスリット状の気流を形成する。
また、主気流の速度は、副気流がない単独の状態では層流にならず、乱流になる速度であってよい。主気流吹出口１０８及び副気流吹出口１１０のそれぞれは、例えば、それぞれに対応する気流供給配管２０により、ブロワー１８（図１参照）と連結される。圧力調整部として機能する気流分岐配管２２（図１参照）は、例えば、主気流吹出口１０８に対応する気流供給配管２０から分岐され、主気流吹出口１０８による主気流の吹き出しの圧力をインク中間タンク１６へ伝えることにより、インク中間タンク１６の雰囲気の圧力を調整する。
ここで、インクジェットプリンタにおいてインク滴が吐出される様子について説明する。インクジェットプリンタにおけるインク滴の吐出時においては、図に示したように、インクジェットヘッド１２の内部から外部へ向かう吐出の圧力に応じて、先ず、ノズル１０４から伸びる柱状のインク（インク柱）が形成される。そして、インク柱の先端部分に溜まったインクがインク滴となってインク柱から分離することにより、媒体５０に向かうインク滴が吐出される。そして吐出されたインク滴は、吐出の圧力に応じた初速度で、媒体５０へ向かって移動する。
その後、吐出されたインク滴は、空気抵抗を受けつつ、媒体５０に向かって移動する。しかし、空気抵抗の影響が大きい場合、インク滴は、媒体５０に向かう移動中にミスト化し、媒体５０に適切に到達できないこととなる。特に、インク滴のサイズが小さい場合や、ギャップ長が大きい場合には、インク滴を媒体５０へ適切に到達させることが困難になる。
また、インク滴の吐出においては、図２（ａ）に関連して説明したように、主滴の他に、主滴よりも小さな大小のサテライトが生じる場合がある。そして、これらのサテライトは、主滴よりもミスト化しやすいため、機内汚れや媒体５０の品質劣化の原因となりやすい。
これに対し、本例においては、ノズル１０４から媒体５０へ向かう気流の中でインク滴を飛翔させることとなる。そのため、周囲の空気に対するインク滴の相対速度は、気流を発生させない場合と比べて小さくなる。そして、媒体５０へ向かう移動中において、インク滴は、周囲の空気に対する相対速度に応じて、空気抵抗を受ける。そのため、主気流の中を移動するインク滴が受ける同一速度における空気抵抗の影響は、主気流を吹き出さない場合と比べて小さくなる。
そのため、本例によれば、インク滴のサイズが小さい場合や、ギャップ長が大きい場合にも、インク滴を媒体５０に適切に到達させることができる。インク滴の主滴のサイズは、例えば１ｐｌ以下（例えば０．１〜１ｐｌ）とすることが考えられる。また、例えば、インク滴のサイズが３ｐｌ程度（例えば２．５〜３．５ｐｌ）である場合、ギャップ長は、例えば１０ｍｍ以上（例えば１０〜１００ｍｍ）とすることが考えられる。ギャップ長は、例えば１００ｍｍ以上であってもよい。
また、本例によれば、例えばサテライトが発生した場合にも、空気抵抗の影響を抑えることにより、ミスト化を適切に防ぐことができる。また、気流によるアシストを行うことにより、小さなサテライトであっても、媒体５０へより到達しやすくなる。そのため、本例によれば、更に、サテライトのミスト化によって生じる問題を適切に防ぐことができる。
また、本例によれば、更に、主気流及び副気流の２段階の気流を発生させ、主気流の外に副気流を流すことにより、インク滴に近い領域に、より安定な層流の主気流を形成できる。これにより、例えば、より高い精度でインク滴を着弾させることができる。また、主気流が層流になりやすい構成とすることにより、主気流の速度をより高めることも可能になる。これにより、例えば、インク滴が受ける空気抵抗の影響をより適切に低減できる。
以上のように、本例によれば、インク滴が受ける空気抵抗の影響を適切に防ぐことができる。また、これにより、例えば、インク滴のサイズが小さい場合や、ギャップ長が大きい場合にも、高精細な印刷を適切に行うことが可能になる。
続いて、本例におけるインク滴及び気流の速度について説明する。本例において、インクジェットヘッド１２は、例えば、媒体５０への着弾時のインク滴の速度ｖ１が、その周囲における主気流の速度ｖ２よりも大きくなる初速度ｖ１０で、ノズル１０４からインク滴を吐出する。主気流に入った初速度ｖ１０のインク滴の速度は、初速度ｖ１０に主気流の速度を加えた速度へと加速される。
速度ｖ１は、例えば、インク滴が着弾するタイミングにおける速度である。このインク滴は、例えば、主滴のサイズのインク滴である。また、速度ｖ２は、例えば、媒体５０への到達時点での主気流の速度である。この場合、気流吹出部１２０は、これに対応する初速度で、主気流を吹き出す。速度ｖ１は、例えば、速度ｖ２の０．８〜５倍の範囲であることが好ましい。
ここで、速度ｖ１＝速度ｖ２の場合、両者の相対速度がゼロになり、空気抵抗の影響はなくなる。そのため、この場合にも、インク滴は媒体５０に到達する。しかし、この場合、着弾のタイミングでインク滴が主気流の影響を受け、気流と共に流されやすくなる。尚、確実に着弾位置を決定するには、ｖ１−ｖ２＞０の条件が必要である。
また、主気流は、媒体５０に到達すると、媒体５０の表面に沿って、インク滴から離れる方向へ流れる。そのため、媒体５０の近辺では、気流の乱れが生じやすくなるおそれがある。そして、速度ｖ１＝速度ｖ２であると、このような気流の乱れが生じた場合等に、インク滴の着弾位置が不正確になり、着弾精度に影響が生じやすくなる。
これに対し、本例によれば、例えば、着弾時点においても、媒体５０へ向かう方向へのインク滴の相対速度を正に維持することで、インク滴の運動エネルギーを適切に維持できる。また、これにより、例えば、微小なインク滴を高い着弾精度でより遠距離に飛翔させることが可能になる。
尚、媒体５０へ到達するまでの間、インク滴の速度は、インク滴の速度と主気流の速度の大小関係や、主気流の中で受ける空気抵抗の影響等により、変化する。主気流の速度よりもインク滴の速度の方が大きい場合、主気流中において、インク滴は減速すると考えられる。また、主気流の速度よりもインク滴の速度の方が大きい場合、インク滴は加速すると考えられる。
また、例えば着弾時点での気流の乱れの影響が小さい場合等には、速度ｖ１を、１．１ｖ２以下にすることも考えられる。この場合、速度ｖ１は、例えば、より広い範囲の速度に設定可能である。速度ｖ１は、例えば、速度ｖ２の０．５〜５倍の範囲の速度であってもよい。また、速度ｖ１は、例えば、速度ｖ２の０．８〜５倍の範囲の速度とすることがより好ましい。
図４は、インクジェットヘッド１２のより詳細な構成の第１の例を示す。図４（ａ）は、インクジェットヘッド１２の横断面図である。図４（ｂ）は、インクジェットヘッド１２を下面（ノズル面）側から見た図である。
本例において、インクジェットヘッド１２は、使用する複数の色のそれぞれを吐出する単色用のインクジェットヘッドを１つのユニット化した構成を有している。この場合、インクジェットヘッド１２は、例えば、ＹＭＣＫインクの各色のインクをそれぞれ吐出する単色用のインクジェットヘッドを有する。
尚、インクジェットヘッド１２は、ＹＭＣＫインクの各色以外に、例えば特色用のインクを吐出する単色用のインクジェットヘッドを更に有してもよい。また、例えばＹＭＣＫインクのいずれか、又は特色のインク等の、特定のインクを吐出する単色用のインクジェットヘッドのみを、以下に説明する構成とすることも考えられる。
それぞれの単色用インクジェットヘッドは、ノズル列１０６が形成されたノズルプレート１０２を有する。また、それぞれの単色用インクジェットヘッドは、ヘッド毎に、気流吹出部１２０と、主気流導入口１１２及び副気流導入口１１４とを有する。また、気流吹出部１２０は、ノズル列３を包み込むようなスリット状の主気流吹出口１０８及び副気流吹出口１１０を有する。
主気流吹出口１０８は、ノズル列１０６と隣接する第１領域２０２に設けられており、第１領域２０２から、ノズル列１０６を挟むスリット状の主気流を吹き出す。本例において、第１領域２０２は、例えば、ノズル面においてノズル列１０６の両隣に隣接する領域であり、ノズル列１０６の列方向に沿って延伸する。
また、副気流吹出口１１０は、第１領域２０２と隣接する第２領域２０４に設けられており、主気流に沿って媒体５０に向かうスリット状の副気流を、第２領域２０４から吹き出す。本例において、第２領域２０４は、例えば、ノズル面において第１領域２０２の両隣に隣接する領域であり、ノズル列１０６の列方向に沿って延伸する。
主気流導入口１１２は、主気流として吹き出す空気の導入口である。また、副気流導入口１１４は、副気流として吹き出す空気の導入口である。本例において、主気流導入口１１２及び副気流導入口１１４は、気流供給配管２０を介してブロワー１８と接続されており、主気流吹出口１０８及び副気流吹出口１１０が吹き出す気流に応じた圧力の空気を、ブロワー１８からそれぞれ受け取る。尚、主気流導入口１１２及び副気流導入口１１４は、例えば、後に図５を用いて説明する構成のように、インクジェットヘッド１２の１か所に、各色のノズル列１０６に対して共通に設けられてもよい。
本例によれば、例えば、インク滴の飛翔をアシストする主気流及び副気流を、適切に発生させることができる。また、これにより、インク滴が受ける空気抵抗の影響を適切に抑えることができる。
更には、例えば、ノズル列１０６単位に気流を発生させることにより、ノズル１０４毎に個別の気流を発生する場合等と比べ、印刷解像度を高解像度化しやすくなる。また、気流吹出部１２０を設けることによるコストの大幅な上昇を防ぐこともできる。また、例えば、インクジェット本体部分について、従来の製造技術をそのまま使用して製造することも可能である。これにより、コストの上昇を更に適切に抑えることができる。
尚、気流吹出部１２０において、気道を形成する構造体は、例えば、インクジェットヘッド１２の本体から分離できる構造とすることが好ましい。このように構成すれば、例えば、インクの汚れ等の清掃を行いやすくできる。
また、それぞれのノズル列１０６に対してできるだけ均一かつ同じ強さの気流を噴き出す目的に沿う限り、気流の入口の数や、ノズル面における気道の構造等は、適宜変更可能である。例えば、気道を気流の方向に隔壁で仕切ることにより、機械的な強度を図りつつ、より気流を層流化しやすい構成とすること等が考えられる。
また、以上においては、発明の説明を容易にするために、各色毎に１列のノズル列１０６を配置した場合を図示及び説明した。しかし、例えば、各色毎に、２列又は３列以上のノズル列１０６を配置することも考えられる。このように構成すれば、例えば、印刷の高速化や高解像度化が可能になる。この場合、気流吹出部１２０は、例えば、隣接して並ぶ複数のノズル列１０６を挟む領域から、複数のノズル列１０６を挟むスリット状の気流を発生する。
図５は、インクジェットヘッド１２のより詳細な構成の第２の例を示す。図５（ａ）は、インクジェットヘッド１２の横断面図である。図５（ｂ）は、インクジェットヘッド１２を下面（ノズル面）側から見た図である。尚、以下に説明する点を除き、本例のインクジェットヘッド１２は、図４を用いて説明したインクジェットヘッド１２と同一又は同様であってよい。
本例において、インクジェットヘッド１２は、使用する複数の色のそれぞれを吐出するノズル１０４のノズル列１０６が一体的に設けられた構成を有する。この場合、インクジェットヘッド１２は、それぞれが各色に対応する複数のノズル列１０６が形成されたノズルプレート１０２を有する。また、複数のノズル列１０６のそれぞれは、例えば、ＹＭＣＫインクの各色に対応する。
また、本例において、インクジェットヘッド１２は、それぞれが各色用のノズル列１０６に対応する気流吹出部１２０に対して共通の主気流導入口１１２及び副気流導入口１１４を有する。そのため、各色のノズル列１０６に対応する気流吹出部１２０は、それぞれ一か所の主気流導入口１１２及び副気流導入口１１４から導入される空気を吹き出す。尚、インクジェットヘッド１２は、例えば、各色のノズル列１０６に対応する気流吹出部１２０毎に、個別の主気流導入口１１２及び副気流導入口１１４を有してもよい。
また、本例において、副気流吹出口１１０は、図示にように、第２領域２０４に並ぶ複数の穴により構成される。このように構成すれば、広い範囲から適切に副気流を吹き出すことができる。尚、副気流吹出口１１０の構成は、例えば図４を用いて説明したインクジェットヘッド１２における副気流吹出口１１０と同様であってもよい。また、図４の構成における副気流吹出口１１０も、図５における副気流吹出口１１０と同様であってもよい。
本例においても、例えば、インク滴の飛翔をアシストする主気流及び副気流を、適切に発生させることができる。また、これにより、例えばインク流を加速して飛翔距離を伸ばしても、インク滴が受ける空気抵抗の影響を適切に抑えることができる。
以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
本発明は、例えばインクジェットプリンタに好適に利用できる。
 符号の説明
１０・・・インクジェットプリンタ、１２・・・インクジェットヘッド、１４・・・インクボトル、１６・・・インク中間タンク（インク貯留部）、１８・・・ブロワー、２０・・・気流供給配管、２２・・・気流分岐配管（圧力調整部）、５０・・・媒体、１０２・・・ノズルプレート、１０４・・・ノズル、１０６・・・ノズル列、１０８・・・主気流吹出口、１１０・・・副気流吹出口、１１２・・・主気流導入口、１１４・・・副気流導入口、１２０・・・気流吹出部、２０２・・・第１領域、２０４・・・第２領域
また、気流吹出部は、一の主気流吹出口に対して、その主気流吹出口からの位置が異なる複数の副気流吹出口を有してもよい。この場合、例えば、少なくとも主気流吹出口に最も近い副気流吹出口から吹き出される副気流の速度を、上記のように設定することが好ましい。また、この場合、主気流吹出口により近い副気流吹出口は、主気流により近い速度の副記流を吹き出すことが好ましい。また、主気流吹出口からより遠い外側の副気流吹出口程、より低速の副気流を吹き出すことが好ましい。このように構成すれば、例えば、副気流により主気流をより適切に支えることができる。また、これにより、主気流をより適切に層流にできる。
尚、媒体50へ到達するまでの間、インク滴の速度は、インク滴の速度と主気流の速度の大小関係や、主気流の中で受ける空気抵抗の影響等により、変化する。主気流の速度よりもインク滴の速度の方が大きい場合、主気流中において、インク滴は減速すると考えられる。また、主気流の速度よりもインク滴の速度の方が小さい場合、インク滴は加速すると考えられる。
それぞれの単色用インクジェットヘッドは、ノズル列106が形成されたノズルプレート102を有する。また、それぞれの単色用インクジェットヘッドは、ヘッド毎に、気流吹出部120と、主気流導入口112及び副気流導入口114とを有する。また、気流吹出部120は、ノズル列106を包み込むようなスリット状の主気流吹出口108及び副気流吹出口110を有する。
上記の課題を解決するために、本発明は、以下の構成を有する。
（構成１）インク滴を媒体へ向けて吐出するインクジェットヘッドを備えるインクジェットプリンタであって、インクジェットヘッドは、媒体へインク滴を吐出するノズルと、ノズルから吐出されたインク滴に沿って媒体へ向かう気流を吹き出す気流吹出部とを有し、気流吹出部は、ノズルから吐出されるインク滴に沿って媒体へ向かう気流である主気流を吹き出す主気流吹出口と、主気流を間に挟んでインク滴に沿って媒体へ向かう気流である副気流を吹き出す副気流吹出口とを有し、主気流吹出口は、ノズルの吐出口に対してインク滴の吐出方向の前方に開口するように形成され、インク滴は、主気流吹出口から吐出される構成とする。
（構成７）インク滴を媒体へ向けて吐出するインクジェットヘッドであって、媒体へインク滴を吐出するノズルと、ノズルから吐出されたインク滴に沿って媒体へ向かう気流を吹き出す気流吹出部とを有し、気流吹出部は、ノズルから吐出されるインク滴に沿って媒体へ向かう気流である主気流を吹き出す主気流吹出口と、主気流を間に挟んでインク滴に沿って媒体へ向かう気流である副気流を吹き出す副気流吹出口とを有し、主気流吹出口は、ノズルの吐出口に対してインク滴の吐出方向の前方に開口するように形成され、インク滴は、主気流吹出口から吐出される構成とする。このように構成すれば、例えば、構成１と同様の効果を得ることができる。
（構成８）インク滴を媒体へ向けて吐出することにより、インクジェット方式で印刷を行う印刷方法であって、ノズルから、媒体へインク滴を吐出し、ノズルから吐出されたインク滴に沿って媒体へ向かう気流を、気流吹出部から吹き出し、媒体へ向かう気流として、ノズルから吐出されるインク滴に沿って媒体へ向かう気流である主気流と、主気流を間に挟んでインク滴に沿って媒体へ向かう気流である副気流とを吹き出し、主気流を、ノズルの吐出口に対してインク滴の吐出方向の前方に開口するように形成された主気流吹出口から吹き出すと共に、インク滴を主気流吹出口から吐出する。このようにすれば、例えば、構成１と同様の効果を得ることができる。

Claims (8)

  1. インク滴を媒体へ向けて吐出するインクジェットヘッドを備えるインクジェットプリンタであって、
    前記インクジェットヘッドは、
    前記媒体へインク滴を吐出するノズルと、
    前記ノズルから吐出された前記インク滴に沿って前記媒体へ向かう気流を吹き出す気流吹出部と
    を有し、
    前記気流吹出部は、
    前記ノズルから吐出される前記インク滴に沿って前記媒体へ向かう気流である主気流を吹き出す主気流吹出口と、
    前記主気流を間に挟んで前記インク滴に沿って前記媒体へ向かう気流である副気流を吹き出す副気流吹出口と
    を有することを特徴とするインクジェットプリンタ。
  2. 前記ノズルは、前記インクジェットヘッドにおいて前記媒体と対向する面であるノズル面に形成されており、
    前記主気流吹出口は、前記ノズル面において前記ノズルと隣接する位置に形成され、
    前記副気流吹出口は、前記ノズル面において前記主気流吹出口を挟んで前記ノズルと隣接する位置に形成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリンタ。
  3. 前記インクジェットヘッドは、前記ノズル面に、ノズル列として列状に並ぶ複数の前記ノズルを有し、
    前記主気流吹出口は、前記ノズル面において前記ノズル列の両隣に隣接する領域であり、前記ノズル列の列方向に沿って延伸する第１領域に設けられており、前記第１領域から、前記ノズル列を挟むスリット状の前記主気流を吹き出し、
    前記副気流吹出口は、前記ノズル面において前記第１領域の両隣に隣接する領域であり、前記ノズル列の列方向に沿って延伸する第２領域に設けられており、前記主気流に沿って前記媒体に向かうスリット状の前記副気流を、前記第２領域から吹き出すことを特徴とする請求項２に記載のインクジェットプリンタ。
  4. 前記副気流吹出口は、速度が前記主気流の０．３〜１．２倍の前記副気流を吹き出すことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。
  5. 前記インクジェットヘッドは、前記媒体への着弾時の前記インク滴の速度が、前記媒体への到達時点での前記主気流の速度よりも大きくなる初速度で、前記ノズルから前記インク滴を吐出することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。
  6. 前記インクジェットプリンタは、
    前記ノズルから吐出される前のインクを貯留するインク貯留部と、
    前記インク貯留部の雰囲気の圧力を調整する圧力調整部と
    を更に有し、
    前記圧力調整部は、前記主気流吹出口による前記主気流の吹き出しの圧力を前記インク貯留部へ伝えることにより、前記インク貯留部の雰囲気の圧力を調整することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。
  7. インク滴を媒体へ向けて吐出するインクジェットヘッドであって、
    前記媒体へインク滴を吐出するノズルと、
    前記ノズルから吐出された前記インク滴に沿って前記媒体へ向かう気流を吹き出す気流吹出部と
    を有し、
    前記気流吹出部は、
    前記ノズルから吐出される前記インク滴に沿って前記媒体へ向かう気流である主気流を吹き出す主気流吹出口と、
    前記主気流を間に挟んで前記インク滴に沿って前記媒体へ向かう気流である副気流を吹き出す副気流吹出口と
    を有することを特徴とするインクジェットヘッド。
  8. インク滴を媒体へ向けて吐出することにより、インクジェット方式で印刷を行う印刷方法であって、
    ノズルから、前記媒体へインク滴を吐出し、
    前記ノズルから吐出された前記インク滴に沿って前記媒体へ向かう気流を、気流吹出部から吹き出し、
    前記媒体へ向かう気流として、
    前記ノズルから吐出される前記インク滴に沿って前記媒体へ向かう気流である主気流と、
    前記主気流を間に挟んで前記インク滴に沿って前記媒体へ向かう気流である副気流と
    を吹き出すことを特徴とする印刷方法。
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