JP2005342982A - インクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】搬送方向の下流側と上流側とでノズルの取り付け高さを異ならせて配置するに際して、画質を確保することができるインクジェットプリンタを提供すること。
【解決手段】 ペーパーに対してインクを吐出することで印刷面に画像を形成させるヘッドユニットを備えたインクジェットプリンタであって、ヘッドユニット５は、ペーパーが搬送される方向に沿って、少なくとも２つのインクヘッド５ａ，５ｂ，５ｃを備え、これらインクヘッド５ａ，５ｂ，５ｃに備えられているノズルのうち、最も搬送方向下流側にあるノズルの位置をＰ１とし、最も搬送方向上流側にあるノズルの位置をＰ２とし、さらに、Ｐ１とＰ２の直線距離をＸ、Ｐ１とＰ２の垂直方向の距離をＹとした時に、θ＝ｓｉｎ^-1（Ｙ／Ｘ）の傾斜角度で、前記少なくとも２つのインクヘッドが傾斜された状態で配置され、かつ、Ｙが水頭差限界を超えない数値に設定されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、被印刷体に対してインクを吐出することで印刷面に画像を形成させるヘッドユニットを備えたインクジェットプリンタに関するものである。

かかるインクジェットプリンタは、ペーパーロールが収容されたペーパーマガジンからペーパー（被印刷体に相当）を順次引き出していき、プリントステージへと搬送させる。プリントステージの上方には、ヘッドユニットが設けられ、画像データに基づいてインクをペーパー表面に吐出し、画像をペーパー表面に形成させる（例えば、下記特許文献１，２参照）。これら公知技術には、水平に設置されたプリントステージと、ヘッドユニットに設けられた１つのインクヘッドも水平に配置されている。インクヘッドには、多数のインク吐出用のノズルがペーパーの搬送方向および搬送方向と垂直な方向に配置されている。

一方、インクヘッドを搬送方向に沿って複数配置する構成がある。インクヘッドを複数配置することで、画像形成を効率良く（高速に）行うことができる。この場合、インクヘッドを搬送方向に沿って水平状態で複数配置すると、ヘッドユニットの前後方向の大きさが大きくなるため、プリンタ全体が大型化するという問題がある。そこで前後方向の大型化を避ける手段として、インクヘッドを傾斜させて配置する方法が考えられる。複数のインクヘッドを傾斜させた場合（搬送経路も傾斜することになる）、装置全体の小型化に寄与することができるが、次のような問題が考えられる。

まず、インクヘッドを傾斜させた場合、インクヘッドに設けられた各ノズルの高さが異なってくる。例えば、前方が高くなるように傾斜させた場合は、最も搬送方向下流側に位置するノズルが、最も高い位置にあり、最も搬送方向上流側に位置するノズルが、最も低い位置にあることになる。ここで、 インクヘッドのノズルへのインク供給は、インクタンクやインクカートリッジから行われるが、ノズルの高さによって、ノズルからのインクの吐出の勢いが変化する。ノズルの位置が高くなればなるほど、インクタンクの液面からの高さも大きくなり、相対的にインクが出にくくなる傾向がある。逆に、ノズルの位置が低くなれば、インクの吐出勢いも増すことになる。

このように、ノズルの配置個所により、インクの吐出勢いが変化するため、あまり傾斜角度を大きくすると、最も高い位置にあるノズルからはインクが吐出しにくくなり、その結果、画像の濃度ムラが生じ、画質低下の原因となる。また、インク吐出量の差を電子的に補正する方法も考えられるが、データ処理の内容が複雑化する。
特開２００３−１０４６００号公報 特開２００３−１７５６５５号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、搬送方向の下流側と上流側とでノズルの取り付け高さを異ならせて配置するに際して、画質を確保することができるインクジェットプリンタを提供することである。

上記課題を解決するため本発明に係るインクジェットプリンタは、
被印刷体に対してインクを吐出することで印刷面に画像を形成させるヘッドユニットを備えたインクジェットプリンタであって、
ヘッドユニットは、被印刷体が搬送される方向に沿って複数のノズルが取り付けられると共に、搬送方向下流側と上流側とでノズルの取り付け高さが異なっているインクヘッドを備え、
このインクヘッドに備えられているノズルのうち、最も搬送方向下流側にあるノズルの位置をＰ１とし、最も搬送方向上流側にあるノズルの位置をＰ２とし、Ｐ１とＰ２の垂直方向の距離をＹとした時に、
Ｙが水頭差限界を超えない数値に設定されていることを特徴とするものである。

かかる構成によるインクジェットプリンタの作用・効果を説明する。ヘッドユニットには、被印刷体が搬送される方向に沿って搬送方向下流側と上流側とでノズルの取り付け高さが異なっているインクヘッドが設けられる。インクヘッドに設けられた複数のノズルのうち、最も搬送方向下流側にあるノズルの位置をＰ１、最も上流側にあるノズルの位置をＰ２とする。そして、垂直方向の距離をＹとし、このＹが水頭差限界を超えないように設定する。水頭とは「単位質量の水がもつ機械的エネルギー」のことであり長さの次元を有する。Ｐ１とＰ２の水頭差が大きくなりすぎると、インクの吐出勢いにも差がですぎてしまい、画像濃度に対して悪影響を与える。

つまり、同じ値の画像データに対応する信号をノズル駆動部に与えた場合、同じ濃度の画素濃度とならなければならない。従って、水頭差があったとしても、かかる画素濃度に対して影響を与えないレベルに設定する必要がある。かかるレベルをインクジェットプリンタの水頭差限界と定義し、画素濃度に対して影響を与えるか否かは、観察者の目視判断や光センサーによる画素濃度の読み取り結果に基づいて判断することができる。Ｙを水頭差限界を超えないようにすることで、搬送方向の下流側と上流側とでノズルの取り付け高さを異ならせて配置するに際して、画質を確保することができるインクジェットプリンタを提供することができる。

本発明において、Ｙは２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下に設定されていることが好ましい。具体的には、Ｙを５０ｍｍ以下に設定することで、画質に対する影響を無視できるレベルとすることができる。また、Ｙを２０ｍｍ以下の数値にすると、装置を小型化するという目的を達成することが難しくなる。

本発明に係るヘッドユニットは、被印刷体が搬送される方向に沿って、少なくとも２つのインクヘッドを備え、かつ、これらインクヘッドが傾斜された状態で配置されていることが好ましい。

インクヘッドを複数設けることで、印刷効率を上げることができる。また、これらインクヘッドが傾斜して配置されることで、装置全体の小型化に寄与することができる。インクヘッドを複数設ける場合も、前述の水頭差を維持することで、画質を維持することができる。

本発明において、ヘッドユニットには、インクヘッドが着脱自在に取り付け可能であり、かつ、搬送方向におけるインクヘッドの取り付け個数を変更可能であり、さらに、インクヘッドの傾斜角度を調整可能な調整機構を備えていることが好ましい。

この構成によると、インクヘッドはヘッドユニットに対して着脱自在に取り付け可能である。そして、搬送方向におけるインクヘッドの取り付け個数を変更することができる。これにより、画像形成速度を変更することができる。ただし、取り付け個数が変わると、前述のＰ１とＰ２の直線距離（図３のＸ参照）が変わることになるので、取り付け個数が増えた場合に、傾斜角度を維持したままだと、前述のＹが水頭差限界を超えてしまうことがある。そこで、インクヘッドの傾斜角度を調整可能な調整機構を設けておけば、インクヘッドの取り付け個数が増えたとしても、Ｙが水頭差限界以下となるように設定することができる。

本発明に係るインクジェットプリンタの好適な実施形態を図面を用いて説明する。図１は、インクジェットプリンタの内部構成を示す模式図である。

＜プリンタの全体構成＞
画像形成媒体であるペーパー（被印刷体に相当）は、所定の搬送経路に沿って搬送され、搬送経路の最も上流側に、ペーパーがロール状に収容されたペーパーマガジン１が設けられている。ペーパーマガジン１は、装置本体に対して着脱自在に取り付けられ、幅寸法が異なるペーパーが収容された別のペーパーマガジンを追加して装着可能に構成してもよい。ペーパーとしては、紙をベースにしたインクジェット記録用コート紙が好ましくは使用されるが、これに限定されるものではない。

ペーパーマガジン１から引き出されたペーパーは、ローラユニット２，３により下流側へと搬送される。ローラユニット２，３は、駆動モータ４により駆動される。ローラユニット３により、ペーパーの搬送方向が変更され、画像形成部へと送り込まれる。画像形成部には、ヘッドユニット５が設けられている。ヘッドユニット５には、搬送方向に沿って、第１ヘッド５ａ、第２ヘッド５ｂ、第３ヘッド５ｃ（これらは、プリントヘッドに相当する。）が設けられている。また、第３ヘッド５ｃよりも更に下流側に第１センサー５ｄが搭載されており、ヘッドユニット５の移動に連動して第１センサー５ｄもいっしょに移動する構成となっている。各ヘッドは、インクを吐出するためのノズルが多数設けられており、インク供給部６からインクの供給を受けることができる。カラー画像を形成するために、７色のインク、すなわち、 ブラック、イエロー、マゼンタ、シアン、ライトブラック、ライトマゼンタ、ライトシアンのインクを吐出可能であり、そのためのインクカートリッジが設けられている。

各ノズルからは、液体のインクが吐出することでペーパー表面に画像を印刷形成することができる。インクを吐出する形式としては、圧電素子を利用してインクを吐出する方式や、バブルジェット（登録商標）方式等があるが、本発明としては、特定の形式に限定されるものではない。

ヘッドユニット５は、搬送されるペーパーの表面側に位置し、ペーパーの裏面側にはプリントステージ７が位置する。プリントステージ７の詳細は後述するが、その表面には多数の小さな穴が形成されており、この穴を介して、吸着ファン８によりペーパーをプリントステージ７の表面に吸着させる。これにより、ペーパーの撓みや浮き上がりを防止し、インク吐出による画像形成を確実かつ精度よく行わせる。プリントステージ７の表面は、傾斜した状態に設定されており、これに対応してヘッドユニット５の表面（ノズル配置面）も同じ傾斜角度で配置されている。

ヘッドユニット５は、ペーパーの幅方向（搬送方向に直交する方向＝主走査方向＝図１の紙面に垂直な方向）に沿って移動可能に構成されており、そのためのガイド機構９が設けられている。ガイド機構９は、ガイド溝９ａとガイドレール９ｂの組み合わせにより構成される。図１では、ヘッドユニット５にガイド溝９ａが設けられる構成であるが、ヘッドユニット５にガイドレール９ｂを設ける構成を採用してもよい。

図２は、ヘッドユニット５をノズル側から見た外観斜視図である。各ヘッド５ａ，５ｂ，５ｃは、搬送方向に沿って配置されているが、搬送幅方向にも複数（図例では４つ）並べて配置されている。搬送幅方向にいくつ並べるかは、適宜決めることができる。各ヘッド５ａ，５ｂ，５ｃには、多数のノズルが設けられているが、どのヘッドにどの色のインクを割り当てるかも適宜設定することができる。

画像が形成されたペーパーは、画像形成部の下流側に設けられたローラユニット１０により、カッターユニット１１へと送り込まれる。カッターユニット１１は、移動刃１１ａと固定刃１１ｂとから構成され、長尺状のペーパーを所定のプリントサイズとなるようにカットする。ローラユニット１０を駆動するための駆動モータ１２と、移動刃１１ａを駆動するための駆動モータ１３が夫々設けられている。プリントサイズにカットされたペーパーは、排出ローラユニット１４により、排出口１６から装置外部に排出される。ローラユニット１４は、駆動モータ１５により駆動される。

＜インクヘッドの配置＞
次に、ヘッドユニット５のインクヘッド５ａ，５ｂ，５ｃの配置について、図３により説明する。図に示すように、インクヘッド５ａ，５ｂ，５ｃは、角度θだけ傾斜した状態で配置されている。複数のインクヘッドをペーパーの搬送方向に沿って配置すると、プリンタ装置の前後方向の大きさが大型化する。そこで、複数のインクヘッド５ａ，５ｂ，５ｃを傾斜して配置することで、前後方向のサイズを抑制することができる。

各インクヘッド５ａ，５ｂ，５ｃには、多数のノズルが設けられているが、そのうち最も搬送方向下流側にあるノズル（ノズル先端）の位置をＰ１とし、最も搬送方向上流側にあるノズル（ノズル先端）の位置をＰ２とする。Ｐ１とＰ２の直線距離（傾斜方向に沿った距離）をＸとし、Ｐ１とＰ２の垂直方向の距離をＹとすると、
θ＝ｓｉｎ^-1（Ｙ／Ｘ）で表わされる。

インクを供給する機構について、図３により簡単に説明する。インクは、インクカートリッジ６０に収容されており、カートリッジ６０は、本体に対して着脱自在に取り付けられる。カートリッジ６０内のインクがなくなれば、あらたなカートリッジ６０を装着するようにする。カートリッジ６０は、使用する色数、本実施形態の場合は７つ用意されている。

カートリッジ６０内のインクは、中継タンク６１を介してヘッドユニット５の各ノズルへと中継パイプ６２を経由して供給される。中継タンク６１を設けずにカートリッジ６０とヘッドユニット５とを中継パイプ６２で接続してもよいが、カートリッジ６０の容量が大きい場合は、中継タンク６１を介してインクを供給する方が好ましい。中継タンク６１に収容されているインクが満タンの場合と（ほぼ）空の場合とで、インク供給出口部の圧力差が大きくなると、ノズルから吐出するインクの勢いも差が大きくなり画質に影響を与えるからである。

Ｐ１とＰ２の位置は、次のようにして決めることができる。Ｐ２は、中継タンク６１に満タンにインクが収容されていたとしても、水圧によりノズルからインクが不用意に垂れることがないような高さに設定される。具体的には、満タン状態でのインク液面とほぼ同じか、それよりも少し高い位置に設定される。

Ｐ１は、Ｐ２よりも高い位置にあるので、ノズルから吐出するインクの勢いはＰ２よりも小さくなる。従って、Ｐ１とＰ２のノズルとで、画素濃度に対して影響を与えないレベルの高さの差にしておく必要がある。具体的には、Ｙは水頭差限界を超えない数値に設定しておくことが好ましい。水頭差限界を超えた高さの差にすると、画素濃度ムラが視認されるようになるからである。具体的な数値としては、Ｙは５０ｍｍ以下になるように設定することが好ましい。かかる数値に設定することで、画素の濃度ムラに対する影響を抑制することができる。また、Ｙは２０ｍｍ以上とすることが好ましい。２０ｍｍ未満では、装置全体の小型化に寄与できないからである。

＜ヘッドユニットの変形例＞
次に、ヘッドユニット５の別実施形態を図４により説明する。この実施形態では、インクヘッドを着脱自在に取り付け可能としている。具体的には、側面視で最大４つまでのインクヘッド５Ａ〜５Ｄを搬送方向に沿って取り付け可能である。必要とされる画像形成の能力に応じて、インクヘッドの取り付け個数を増やすことができる。

例えば４つ取り付けた場合の垂直方向の距離Ｙ１と、３つ取り付けた場合の距離Ｙ２とは、異なっているので、角度θを同じにしておくと、水頭差限界を超えてしまうことがある。そこで、ヘッドユニット５の全体を回転駆動させる機構５０を設けることで、ヘッドユニット５（インクヘッド）の傾斜角度θを調整可能にしている。回転中心５１に対してヘッドユニット５を回転させ、Ｙを水頭差限界以下にできるように構成している。

図４の構成の場合、ヘッドユニット５と回転駆動機構５０とを支持体５２に搭載し、この支持体５２に対してヘッドユニット５を回転可能に取り付ける。ガイド機構９については、支持体５２にガイド溝９ａを設け、装置本体側にガイドレール９ｂを設けることで構成することができる。

＜別実施形態＞
プリントヘッドの構成は、本実施形態の構成に限定されるものではなく、種々の変形例が可能である。本実施形態では、搬送方向に沿って第１ヘッドから第３ヘッドまで設けられているが、この側面から見たヘッド個数は１個又は２個でもよいし４個以上でもよい。ノズルの配置も適宜変形可能である。また、インクの色数も７色に限定されるものではなく、例えば、４色で行ってもよい。

搬送方向におけるノズルの高さ位置を異ならせる例として、インクヘッドを傾斜される構成を説明したが、傾斜角度を９０゜（垂直配置）となるようにしてもよく、これも本発明の一態様に含まれる。

インクジェットプリンタの内部構成を示す模式図 ヘッドユニットをノズル側から見た外観斜視図 インクヘッドの配置構成を示す図 ヘッドユニットの別実施形態を説明する図

符号の説明

５ プリントヘッド
５ａ 第１ヘッド
５ｂ 第２ヘッド
５ｃ 第３ヘッド
５ｄ 第１センサー

Claims (4)

1. 被印刷体に対してインクを吐出することで印刷面に画像を形成させるヘッドユニットを備えたインクジェットプリンタであって、
   ヘッドユニットは、被印刷体が搬送される方向に沿って複数のノズルが取り付けられると共に、搬送方向下流側と上流側とでノズルの取り付け高さが異なっているインクヘッドを備え、
   このインクヘッドに備えられているノズルのうち、最も搬送方向下流側にあるノズルの位置をＰ１とし、最も搬送方向上流側にあるノズルの位置をＰ２とし、Ｐ１とＰ２の垂直方向の距離をＹとした時に、
   Ｙが水頭差限界を超えない数値に設定されていることを特徴とするインクジェットプリンタ。
2. Ｙは２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下に設定されてい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. 前記ヘッドユニットは、被印刷体が搬送される方向に沿って、少なくとも２つのインクヘッドを備え、かつ、これらインクヘッドが傾斜された状態で配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットプリンタ。
4. ヘッドユニットには、インクヘッドが着脱自在に取り付け可能であり、かつ、前記搬送方向におけるインクヘッドの取り付け個数を変更可能であり、さらに、インクヘッドの傾斜角度を調整可能な調整機構を備えていることを特徴とする請求項３に記載のインクジェットプリンタ。
   

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