(57)【要約】      （修正有）【課題】ノズル縦配列にした場合の安定した吐出を得るためのものであり、特に長尺系ヘッドを用いた場合に画質・画像の品質の信頼性を向上する。【解決手段】液体を吐出する複数の吐出口を直線状に有する記録ヘッドを用いるインクジェット記録装置であって、前記吐出口に各々連通した液体流路７０４を有し、前記吐出口に連通する前記液体流路の流路長は、前記記録ヘッドの一方の端部から他端に向かって段階的に変化している。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出する複数の吐出口を直線状に有し、前記吐出口に各々連通した液体流路を有した記録ヘッドと、前記記録ヘッドに液体を供給する液体タンクと、を搭載したインクジェット記録装置において、
前記吐出口に連通する前記液体流路の流路長は、前記記録ヘッドの一方の端部から他方の端部の液体流路に向かって変化している事を特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
前記流路長は、連続的に変化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。
【請求項３】
前記記録ヘッドは、前記吐出口の配列方向を重力方向と垂直に配置しない事を特徴とする請求項１，２いずれかに記載のインクジェット記録装置。
【請求項４】
前記流路長のうち流路が長い部分は垂直方向で上部に搭載することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載のインクジェット記録装置。
【請求項５】
前記液体タンクと、前記記録ヘッドは異なる高さに設置されている事を特徴とする請求項１〜４いずれかに記載のインクジェット記録装置。
【請求項６】
前記記録ヘッドは、長尺ヘッドであることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載のインクジェット記録装置。
【請求項７】
前記記録ヘッドは、電気熱変換素子により液体を吐出する事を特徴とする請求項1〜６いずれかに記載のインクジェット記録装置。
【請求項８】
液体を吐出する複数の吐出口を直線状に有し,前記吐出口に各々連通した液体流路を有した記録ヘッドにおいて、
前記吐出口に連通する前記液体流路の流路長は前記記録ヘッドの一方の端部から他方の端部の液体流路に向かって変化している事を特徴とする記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を吐出する液体吐出ヘッドを有し、記録媒体に対し画像を形成するインクジェット記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、複写機、ファクシミリ等の機能を有する記録装置、あるいはコンピュータやワードプロセッサ等を含む、複合型電子機器やワークステーションなどの出力機器として用いられる記録装置では、記録情報に基づき、紙、布、プラスチックシート、ＯＨＰ用シート等（以下総称としてメディアと呼ぶ）に向けてインクを吐出することで画像記録を行うインクジェット記録装置が普及している。
【０００３】
そして、このインクジェット記録装置は、低騒音、低ランニングコストで、装置の小型化が容易であり、カラー化も容易であるなどの観点から、現在ではプリンタ、複写機、ファクシミリ等へ広く応用されている。
【０００４】
記録ヘッドとメディアの相対的な移動を比較した印字方式の区別として、第一に記録ヘッドをメディアに対して移動させて記録を行うシリアル方式と呼ばれる記録方式と、第二に固定した記録ヘッドに対してメディアを移動させるライン方式と呼ばれる記録方式とに区分される。
【０００５】
産業用用途としてのプリンタでは、連続印刷、高速印刷、大量印刷という仕様が要求される。これら要求に応じる為に最適な条件を選別すると、記録ヘッドは２インチを超える長尺系ヘッドを採用し、記録方式はライン方式を用いる。長尺ヘッドを固定し１ラインパス（１ノズルで１ラインを形成）で画像形成することによって高速印刷、連続印刷が有利に行えるわけである。
【０００６】
大容量印刷を達成する為には、従来から在る多孔質材等の吸収体にインクを浸透させた吸収体インクタンクを記録ヘッドに直接搭載する記載のインクジェット記録装置では、吸収体分インクを充填できない為インク容量を大きくすることが困難である。そのため大容量を収容できるように容器型インクタンクを用いる。
【０００７】
ところで、吸収体インクタンクは吸収体内に生じる負圧力により、記録ヘッドに対して負圧力を作用させることが可能である。すなわち、その他の機構を用いて負圧力を発生させる事が不要となる。対して容器型インクタンクはその他の機構を用いて負圧発生技術を用いなければならない。
【０００８】
例えば特許文献１に記録ヘッドとインク供給タンクに高低差を作り水頭差を用いて記録ヘッドのノズルに負圧を発生させてメニスカスを形成する方法が開示されている。また特許文献２には供給タンクに負圧発生手段を設けて記録ヘッドのノズルにメニスカスを形成する方が開示されており、いくつかの方法のうちいずれかを選択し採用している。
【０００９】
【特許文献１】特開２００７―１９６５１９
【特許文献２】特開２００７―２５３４０２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
さらに近年では、段ボール、缶詰め等の三次元的な面を持つ立体メディアの各平面に対して直接印刷するインクジェット記録装置が要求されている。
【００１１】
従来では、記録ヘッドに設けられたノズル配列を重力方向に対して直角方向に配列しその直下をメディアが通過し、画像形成する。しかし立体メディアの姿勢を変更できない場合など、記録ヘッド側を立体メディアに対して傾けなければならない。
【００１２】
すなわち、被記録面が鉛直に立てられた面であれば、記録ヘッドを、記録ヘッドに設けられた吐出ノズルを重力方向に沿って配置するノズル縦配列（以後ノズル縦配列と呼ぶ）での画像形成を行う為の技術が必要となる。
【００１３】
記録ヘッド内には、液体であるインクを吐出するための吐出ノズルが複数設けられていて、各々に連通する液体流路を持っている。通常であれば記録ヘッドに生じる均等な水頭差により、吐出ノズルには同じ位置に液体のメニスカス８０１が発生する。
【００１４】
しかしながら記録ヘッドをノズル縦配列にした場合、記録ヘッドのノズル配列の幅すなわち、高さの差が記録ヘッド内での水頭差となり、記録ヘッド内だけで圧力差が生じてしまいメニスカス８０１は段階的に変化した状態となってしまう。
【００１５】
図１０では記録ヘッド上部はインク供給タンクとの高低差が大きく水頭差が大きい状態である事示している。メニスカス位置はノズルから奥まった位置となる（図中Ａ）。記録ヘッド下部はインク供給タンクとの高低差が小さく水頭差が小さい状態である為、メニスカス位置はノズルに近い位置となる（図中Ｂ）。このような記録ヘッド内での異なったメニスカス状態でインクの吐出を行うと、インクの吐出量および、インクの吐出速度の差が生じてしまう。
【００１６】
そこで本発明は以上の研究により得られた課題を解決する為のものであり、ノズル縦配列にした場合の安定した吐出を得るためのものであり、特に長尺系ヘッドを用いた場合に画質・画像の品質の信頼性を向上するといった課題を解決しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記課題を解決する為、液体を吐出する複数の吐出口を直線状に有する記録ヘッドであって、前記吐出口に各々連通した液体流路を有した記録ヘッドを搭載したインクジェット記録装置において、前記吐出口に連通する前記液体流路の流路長は、前記記録ヘッドの一方の端部から他端の液体流路に向かって変化している事によって達成するものである。
【発明の効果】
【００１８】
以上の構成によって、記録ヘッドをノズル縦配列にした場合に安定した吐出を可能にし特に長尺系ヘッドを用いた場合に画質・画像の品質の信頼性を向上する事が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
［第１の実施形態］
以下、図面を参照して本発明の実施形態の詳細を説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態であり、液体を吐出する為の記録ヘッド１０１を具えたインクジェット記録装置を示す概略を示す斜視図である。
【００２１】
記録ヘッド１０１は本構成では、記録ヘッド幅方向のサイズは限定されないが、中でも２インチを超える長尺ヘッドで高い効果が得られ、本実施例の一例として４インチヘッドを用いた。また、記録ヘッドは４本搭載され、記録ヘッド１０１ａ〜記録ヘッド１０１ｄとして示されている。記録ヘッド１０１は少なくとも１本搭載されていれば本発明を達成できるものであり、搭載本数は目的に応じて決定することが可能である。
【００２２】
また、各記録ヘッド１０１には単一のインクを用いて、高速化を目的とした配置を行うことや、複数種類のインクを用いてフルカラー印刷を行うことを目的とした配置にすることも可能である。
【００２３】
搬送部１０３は、各種メディアを記録ヘッド１０１近傍に通過させる為のものである。本実施例で用いたメディアは組立て済みの段ボール箱であり、ダンボール箱１０６の側面を印刷している状態を示している。
【００２４】
また、記録ヘッド１０１はダンボール箱１０６の側面を印刷する為に、記録ヘッド１０１に設けられたノズルを重力方向に沿って配置するノズル縦配列になっている。さらに、記録ヘッド１０１はヘッドホルダ１０２により固定された状態で配置されている。
【００２５】
本実施例の他、記録ヘッド１０１を水平方向に移動可能なレール等に乗せ、記録ヘッド１０１の配置を変更可能にしても良く、ヘッドの固定方法を限定するものではない。
【００２６】
インクタンク１０４ａ〜１０４ｄは、各々インクが充填されており、各々記録ヘッド１０１ａ〜１０１ｂに対応して接続されている。前記したとおり、記録ヘッド１０１は目的に応じて使い分けることが可能である為、各々インクタンク１０４に充填するインクも目的に応じて選択可能である。また、記録ヘッド１０１とインクタンク１０４の高さ方向の差により記録ヘッド１０１には水頭差のよる圧力が加わる配置を取っている。
【００２７】
ポンプ機構であるポンプ１０５は、印刷動作時以外にインクタンク１０４から記録ヘッド１０１へインクを流動させ、記録ヘッド１０１内のインク充填動作や、記録ヘッド１０１内の回復動作（気泡の除去、異物の除去、劣化したインクの除去等）を行う為のものである。
【００２８】
図２、図３はインク流路の概要であり、インクタンクから記録ヘッド１０１までのインク流路概要を説明する。
【００２９】
ポンプ１０５の駆動によりインクタンク１０４にあるインクは流動する。始めにチューブ２０４から２０５を通り、ジョイント２００を経てから記録ヘッド１０１へと到着する。記録ヘッド１０１内の流路であるヘッド共通流路２０１を通過した後に、チューブ２０６、２０７を経過してインクタンク１０４へとインクは循環する。
【００３０】
２０８は記録ヘッド１０１とポンプ１０５を連結および遮断することが可能な開閉弁２０８である。ポンプ１０５が動作していない場合、記録ヘッド１０１はインクタンク１０４との水頭差による負圧を維持した状態で待機される。
【００３１】
図４〜図６はヘッド内部のインク流路を詳細に説明したものであり、図４は記録ヘッド１０１の吐出口から見た斜視図、図５は図４におけるＹ−Ｙ‘断面図であり、図６は記録ヘッドの平面図である。
【００３２】
液体流路の底部となるヒータ基板４０２には、液体を加熱発泡するための電気熱変換素子であるヒータ４０３が複数配置されている。ヒータ４０３にはチッ化タンタル等の抵抗体が用いられ、厚さは０．０１〜０．５μｍ、シート抵抗は単位面積あたり１０〜３００Ωのものが用いられる。
【００３３】
なお、本実施例では電気熱変換体であるヒータを用いたサーマルジェット吐出方式のインクジェットヘッドを用いているが、圧電素子を用いたピエゾ吐出方式においても同一の効果が得られ、記録ヘッドの吐出方式を限定するものではない。
【００３４】
スイッチングトランジスタは制御用のゲート素子等の回路からなるＩＣによって駆動を制御され、記録ヘッド外部からの信号によって、所定のパターンで駆動するようになっている。
【００３５】
吐出ノズル４０４は複数のヒータ４０３に各々対応して形成されており、吐出ノズル４０４はヒータ基板４０２とノズル壁４０５と天板４０６とから囲まれた管状の液体流路を形成している。吐出ノズル４０４の一端は外部に開放されており、開放端面からインクを吐出する。また、開放端面とは逆の部分はノズル壁４０５によって隣接するノズルと隔離され流路が分割されている。
【００３６】
ノズル壁４０５で隔離された部分以外はインクが連通した共通液室５０１となっており、各吐出ノズル４０４にインクを供給するように構成されている。ノズル壁４０５と共通液室５０１との境界部分には絞り流路部材７０１が設けられ、絞り流路部材７０１を各々液体流路毎に長さを異ならせて、液体流路内の流路抵抗を変化させている。液体流路とは吐出ノズル４０４から共通液室５０１の間に存在する絞り流路部材７０１を除した部分のことを示す。
【００３７】
液体流路は絞り流路部材７０１を除した部分の長さとなり、絞り流路が長いほど液体流路は短くなり流路抵抗は大きくなる。逆に絞り流路が短いほど液体流路は長くなり流路抵抗は小さくなる。
【００３８】
天板４０６は、Ｓｉ等で構成された単結晶部材であり、エッチング等のより形状を削りだして形成されたインク供給開口５０５を備え、外部からの液体を共通液室に導入可能としている。共通液室５０１から吐出ノズル４０４に供給された液体は、吐出ノズル４０４内の所定の位置に配置されたヒータ４０３で加熱発泡し、ノズルからインクを吐出する。
さらに、４インチ等長尺ヘッドが連続で５〜２０ｋＨｚの高周波数で高速印刷しても十分にノズルに対しインクを供給可能となしえる程の容量を具備している。
【００３９】
ノズル壁４０５と共通液室の境界部分には絞り流路部材７０１が設けられ、絞り流路部材７０１によってノズル断面は一部が狭い流路となる。吐出ノズル４０４にかかる圧力は、吐出ノズル４０４の高さ方向の位置と、インクタンク１０４内におけるインク水面の高さ方向の位置による水頭差で表せる（Ｐ＝ρ・ｇ・ｈ１、ρ：インク密度［ｇ／ｃｍ３］、ｇ：重力加速度［ｍ／ｓｅｃ２］）。記録ヘッド１０１の位置に対してインクタンク１０４が下にあるために記録ヘッド１０１の吐出ノズル４０４には負圧力が加わることになる。
【００４０】
同様に、記録ヘッド１０１をノズル縦置きにした場合における記録ヘッド内の水頭差は４インチ（１０１．６ｍｍ）あり、圧力差は１００ｍｍＡｑ程度となる。ノズル４０４ａは記録ヘッド１０１の上部に設けられたノズルであり、本実施例においては最も高い場所に位置されるノズルである。吐出ノズル４０４ｂは、吐出ノズル４０４ｂの下部に設けられたノズルであり、本実施例では最も低い場所に位置されるノズルである。
【００４１】
吐出ノズル４０４ａに設けられた絞り流路は絞り流路中最も短く設けられ液体流路は長くなっているので流路抵抗は低くなっている。吐出ノズル４０４ｂに設けられた絞り流路は絞り流路中最も長く設けられているので液体流路が短くなり流路抵抗が高くなっている。吐出ノズル４０４ａから吐出ノズル４０４ｂに向かって絞り流路は一定に長さが変化している。
次に記録ヘッド１０１による画像形成時のインクの流動と記録ヘッド内の圧力の変動について説明する。図７は記録ヘッド平面の一部を詳細に示した図である。絞り流路部材７０１はノズル内インク流路のノズル壁である。
【００４２】
記録ヘッド１０１に構成されたノズルは記録ヘッドの幅方向で高低差があり高部に位置するノズルはインクタンク１０４との高低差が大きい為水頭差が大きい。このとき流路内の抵抗部分である絞り流路部材７０１を短く構成することで液体流路の長さは長くなる（Ｘ）。流路断面の大きな液体流路部分が多く構成され、絞り流路部分が少なくなるため液体流路全体として抵抗は小さくなる。
【００４３】
逆に下端部のノズルは高低差水頭圧が低いので、絞り流路部材７０１を長く構成することで液体流路の長さを短くして液体流路の抵抗を大きくする（Ｙ）。
【００４４】
長い流路Ｙの流路抵抗と短い流路Ｘの流路抵抗に差を設けるが、絞り流路７０１ないし液体流路の長さを、各ノズル毎に断続的に変化させても良い、また複数ノズル毎に長さを異ならせても可能である。
【００４５】
その際複数ノズルの束は通常使用時の３０ｍｍＡｑ以下となる数である。例えば４インチヘッド上下端の水頭差圧の差１００ｍｍＡｑ（９７０・８Ｐａ）だと、一番下部のノズルＹの長さを６０μｍ、一番上部のノズルＸの長さを１５μｍとすると、流抵抗差は１／４となり生じる圧力も１／４の２０ｍｍＡｑとなり、記録ヘッドをノズル縦配列にした場合に安定した吐出を可能にし、特に長尺系ヘッドを用いた場合に画質・画像の品質の信頼性を向上する事が可能となった。
【００４６】
［第２の実施形態］
本発明を適用した第２の実施形体について説明する。
図９および図１０は本発明のインクジェット記録装置を適用した一例であり、記録ヘッドユニット１１０１には実施の形態１で用いた記録ヘッド１０１ａ〜１０１ｄが搭載されている。
【００４７】
記録ヘッドユニット１１０１は駆動アーム１１０５によって移動が可能であり、角度アームジョイント１１０４、高さアームジョイント１１０６の動きによって記録ヘッドユニット１１０１の動きが制御される。
【００４８】
ダンボール箱１０００は搬送ベルト１１０３によって記録位置まで移送されるが、本実施例では搬送ベルト１１０３はダンボール１０００の記録中に移動することはせず、記録位置への給送、排送を行うだけに留まる。
【００４９】
搬送ベルト１１０３によって運ばれたダンボール１０００に対して記録ヘッドユニット１１０１は記録動作を行う。図８ではダンボール１０００の側面における下部の記録を行っている状態を示している。記録ヘッドユニット１１０１は角度アームジョイント１１０４、高さアームジョイント１１０６によって固定され記録部の高さ方向の位置が固定される。この状態でスライド軸１１１５上をスライドアーム１１１０が摺動して記録「Ｘ」記録「Ｙ」が記録されていく。
【００５０】
図９はダンボール１０００における上部の記録を行っている状態を示している。記録ヘッドユニット１１０１は角度アームジョイント１１０４、高さアームジョイント１１０６によって上方へ移動され高さが決定しところで固定される。この状態でスライド軸１１１５上をスライドアーム１１１０が摺動して記録「２」記録「６」を記録していく。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施例を表す製品の模式図
【図２】実施例の流路概略を示す図
【図３】実施例のヘッド部の流路及び構成の概略を示す断面模式図
【図４】実施例のヘッドノズル部詳細を示す斜視図
【図５】実施例のヘッドノズル部詳細を示す断面図
【図６】実施例のヘッドノズル部詳細を示す平面図
【図７】実施例のヘッドノズル部の液体流路示す平面図
【図８】第２の実施形態を示す概略図
【図９】第２の実施形態を示す概略図
【図１０】従来の技術のヘッドノズル詳細を示す平面図
【符号の説明】
【００５２】
１０１・・・記録ヘッド
１０２・・・ヘッドホルダ
１０３・・・搬送部
１０４・・・インクタンク
１０５・・・ポンプ部
１０６・・・ダンボール箱
４０２・・・ヒータ基板
４０３・・・ヒータ
４０４・・・吐出ノズル
４０５・・・ノズル壁
４０６・・・天板
７０１・・・絞り流路部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2009298014.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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