JP5702950B2

JP5702950B2 - 液滴吐出装置

Info

Publication number: JP5702950B2
Application number: JP2010120778A
Authority: JP
Inventors: 知己井川
Original assignee: Mimaki Engineering Co Ltd
Current assignee: Mimaki Engineering Co Ltd
Priority date: 2010-05-26
Filing date: 2010-05-26
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2030-05-26
Also published as: JP2011245732A

Description

本発明は、液滴を吐出する液滴吐出ヘッド、及び、この液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置に関する。

近年、液滴吐出装置の一つであるインクジェットプリンタには、高精細、高い吐出周期、多ノズル化したインクジェットヘッドが搭載されており、構造体の精度を向上させてインクジェットヘッドと記録メディアとのギャップを狭くしてインク液滴の着弾精度を向上させ、高速軸駆動によりインクジェットヘッド又は記録メディアを高速搬送している。

特開２００９−０５１０８１号公報

ところが、インクジェットヘッドや記録メディアを高速搬送すると、気流がインク液滴の飛行軌跡に与える影響が大きくなるため、インク液滴の着弾精度が低下するという問題がある。この点、インクジェットヘッドと記録メディアとのギャップを小さくすることも考えられるが、構造体の精度向上が限界に来ている。そこで、従来のインクジェットプリンタでは、インクジェットヘッドや記録メディアの搬送速度を落とし、インクジェットヘッドの印字幅やインクジェットヘッドの数を増やすことで、気流による影響を小さく押さえている。

しかしながら、インクジェットヘッドや記録メディアの搬送速度を極端に落とすと、高速印刷ができなくなる。また、インクジェットヘッドや記録メディアの搬送速度を落としたとしても、気流の問題が根本的に解決したわけではないため、インク液滴の十分な着弾精度を得ることが難しい。

ところで、特許文献１には、ノズルから吐出されたインク液滴に引きずられてノズル面近傍の空間が減圧空間になるとの問題に鑑み、ノズル列の両サイド（前後）に気流発生孔を形成し、ノズル面と記録メディアとの間の空間に、インク液滴の吐出方向に向けた一様な気流を発生させることが記載されている。しかしながら、この気流発生孔は、走査方向においてノズル列の前後方向に形成されているのみで、走査方向においてノズル列の左右方向には形成されていないため、気流発生孔から送り出された空気がノズル列の左右から周囲に排出される。その結果、周囲に排出される空気に気流によりインク液滴の飛行軌跡が変わるため、特許文献１に記載された技術であっても、インク液滴の着弾精度を十分に高めることができない。

そこで、本発明は、着弾精度を向上させて高精細かつ高速処理が可能な液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置を提供することを目的とする。

本発明に係る液滴吐出装置は、走査方向に高速移動可能に保持され、記録メディアに対向配置されるノズル面に液滴を吐出する複数のノズルが形成された液滴吐出ヘッドを搭載する液滴吐出装置であって、前記液滴吐出ヘッドが移動しながら、前記複数のノズルから前記記録メディアに前記液滴を吐出する間、複数のノズルが形成されるノズル領域の周囲から記録メディアに向けてガスを送風するエアカーテン機構を有し、前記エアカーテン機構は、ガスが噴き出される噴出口が、前記走査方向において前記ノズル領域の前後左右のみに形成され、前記走査方向の前後方向における前記噴出口は、前記ノズル領域から離間して配されていることにより、前記液滴吐出ヘッドの前記走査方向における前面で受けた風が、当該前面と前記記録メディアとの間から、前記ノズルが形成された領域と前記記録メディアとの間に形成される空間に侵入することを抑制し、当該空間内の圧力を所定の均等圧力範囲に維持する。

本発明に係る液滴吐出装置によれば、エアカーテン機構により、ノズル領域の周囲から記録メディアに向けてガスを送風することで、ノズル領域を覆うようにエアカーテンが形成される。このため、液滴吐出ヘッドと記録メディアとを相対的に移動させる際に、液滴吐出ヘッドの周囲からノズル面と記録メディアとの間に空気が入り込むのを抑制することができる。これにより、ノズル面と記録メディアとの間の圧力を所定の均等圧力範囲に維持することができるため、液滴の着弾精度を向上させて高精細かつ高速処理が可能となる。本発明に係る液滴吐出装置によれば、上述した作用を有する液滴吐出ヘッドを搭載するため、高精細かつ高速に液滴を吐出することができる。

このように、噴出口をノズル領域の前後左右に形成することで、簡易な構成でノズル領域を覆うようにエアカーテンを形成することができる。このため、例えば、エアカーテン機構を備えない液滴吐出ヘッドに対しても、エアカーテン機構を簡易的に取り付けることが可能となる。

また、走査方向前後方向に形成される噴出口をノズル領域から離間させることで、液滴吐出ヘッドが移動方向前方から受ける風の影響を更に低減することができる。

本発明によれば、着弾精度を向上させて高精細かつ高速処理が可能となる。

実施形態に係るインクジェットヘッドの一部を拡大した概略斜視図である。インクジェットヘッドを示す概略図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）底面図である。エアカーテン機構を作動させた状態を示した図である。インクジェットヘッド周りの気流を示した図である。噴射口の形状例を示した図であり、（ａ）は環状の噴射孔、（ｂ）は間欠環状の噴射孔を示している。

以下、図面を参照して、本発明に係る液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置の好適な実施形態について詳細に説明する。本実施形態は、本発明に係る液滴吐出装置を、液滴吐出装置であるインクジェットプリンタに適用し、本発明に係る液滴吐出ヘッドを、このインクジェットプリンタに搭載されるインクジェットヘッドに適用したものである。なお、同一又は相当部分には同一符号を付すこととする。

図１は、実施形態に係るインクジェットヘッドの一部を拡大した概略斜視図である。図２は、インクジェットヘッドを示す概略図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）底面図である。図１及び図２に示すように、インクジェットプリンタ１０には、走査方向Ｓにおいて前後方向に移動可能に保持されたインクジェットヘッド１が搭載されている。

インクジェットヘッド１は、記録メディアＭに対向配置されるノズル面２に、インク液滴を吐出する複数のノズル３が形成されている。この複数のノズル３は、走査方向Ｓに直交するフィード方向に沿って配列されたノズル列に形成されており、吐出するインク種類に応じて、走査方向Ｓに複数列配列されている。なお、ノズル面２における複数のノズル３が形成された領域をノズル領域４という。

そして、このインクジェットヘッド１には、ノズル領域４の周囲から記録メディアに向けて空気を送風するエアカーテン機構５が設けられている。エアカーテン機構５は、インクジェットヘッド１の外部に設けられて気流を発生させる送風装置（不図示）と、ノズル面２におけるノズル領域４の四方に形成された４つの噴出口６と、送風装置から各噴出口６に空気を送り出す供給路７と、を備えている。なお、エアカーテン機構５は、インクジェットヘッド１に一体的に取り付けられていてもよく、脱着可能に取り付けられていてもよい。

噴出口６は、細長い矩形状に形成されており、ノズル領域４の走査方向Ｓ前方に配置されてフィード方向に延びる噴出口６ａと、ノズル領域４の走査方向Ｓ後方に配置されてフィード方向に延びる噴出口６ｂと、ノズル領域４の走査方向Ｓ左方に配置されて走査方向Ｓに延びる噴出口６ｃと、ノズル領域４の走査方向Ｓ右方に配置されて走査方向Ｓに延びる噴出口６ｄとで構成される。なお、走査方向Ｓ前方とは、図２（ｂ）において左方を指し、走査方向Ｓ後方とは、図２（ｂ）において右方を指し、走査方向Ｓ左方とは、図２（ｂ）において上方を指し、走査方向Ｓ右方とは、図２（ｂ）において下方を指す。

具体的に説明すると、噴出口６ａ及び噴出口６ｂは、ノズル領域４から離間した位置に配置されて、ノズル領域４の幅と略同じ長さに形成されている。一方、噴出口６ｃ及び噴出口６ｄは、ノズル領域４から離間した位置に配置されて、ノズル領域４に近接した位置に配置されて、ノズル領域４の長さよりも長く形成されている。なお、ノズル領域４の幅とは、図２（ｂ）におけるノズル領域４の上下方向の寸法を指し、ノズル領域４の幅とは、図２（ｂ）におけるノズル領域４の左右方向の寸法を指す。そして、噴出口６ａ及び噴出口６ｂとノズル領域４との離間距離Ｌ１は、噴出口６ｃ及び噴出口６ｄとノズル領域４との離間距離Ｌ２よりも長くなっている。離間距離Ｌ１は、インクジェットヘッド１の設計の許す限り、できるだけ長くすることが好ましい。一方、離間距離Ｌ２は、噴出口６ｃ及び噴出口６ｄから噴き出される空気がノズル３から吐出されるインク液滴の飛行軌跡に影響を与えない範囲で、できるだけ短くすることが望ましい。そして、隣接する噴出口６同士は、互いに接触させなくてもよいが、可能な範囲で近接させることが好ましい。

供給路７は、送風装置で発生した気流を噴出口６ａに送り出す供給路７ａと、送風装置で発生した気流を噴出口６ｂに送り出す供給路７ｂと、送風装置で発生した気流を噴出口６ｃに送り出す供給路７ｃと、送風装置で発生した気流を噴出口６ｄに送り出す供給路７ｄとで構成される。なお、各供給路７に連通される送風装置は、インクジェットヘッド１の外部に設けられるが、振動等などの影響によりインクジェットヘッド１の吐出制御に問題が発生しなければ、インクジェットヘッド１内に設けてもよい。

次に、図３及び図４を参照して、インクジェットヘッド１の動作について説明する。図３は、エアカーテン機構を作動させた状態を示した図であり、図４は、インクジェットヘッド周りの気流を示した図である。

まず、インクジェットヘッド１を走査方向に移動させて印刷を行うに先立ち、エアカーテン機構５の送風装置を作動させて、送風装置で発生した気流を各供給路７から各噴出口６ａ〜６ｄに送り出す。

すると、図３に示すように、各噴出口６ａ〜６ｄから記録メディアに向けて空気が噴き出され、ノズル領域４と記録メディアＭとの間に形成される空間Ａを覆うエアカーテンＢが形成される。なお、隣接する噴出口６の間からは空気が噴き出されないが、各噴出口６から噴出した空気がこの間にも回り込むため、実質的に空間Ａの全周囲を覆うエアカーテンＢが形成される。

各噴出口６から噴き出させる空気の流速は、空間Ａの内外における空気の出入りが殆ど行われなくなる程度にエアカーテンＢが形成される流速であることが好ましく、実際には、ノズル面２と記録メディアＭとのギャップや、インクジェットヘッド１の移動速度などに応じて適宜設定される。ノズル面２と記録メディアＭとのギャップは年々小さくなってきており、近年のインクジェットプリンタでは、ノズル面２と記録メディアＭとのギャップが０．２〜０．５ｍｍ程度にまで小さくなっている。このように、ノズル面２と記録メディアＭとのギャップが小さい場合は、各噴出口６から微量の空気を噴き出すだけで、空間Ａの内外における空気の出入りが殆ど行われないエアカーテンＢを形成することができる。

このようにしてエアカーテンＢが形成されると、次に、インクジェットヘッド１の走査方向Ｓへの移動を開始し、各ノズル３からインク液滴を吐出させる。

インクジェットヘッド１を移動させると、図４に示すように、走査方向Ｓにおいてインクジェットヘッド１の前面１ａで風を受ける。このため、この前面１ａ付近で大きな圧力変動が生じ、前面１ａで受けた風が、前面１ａと記録メディアＭとの間から空間Ａ内に入り込もうとする。しかしながら、ノズル領域４と記録メディアＭとの間にはエアカーテンＢが形成されているため、前面１ａで受けた風は、エアカーテンＢに阻まれて空間Ａ内に入り込むことができずに、インクジェットヘッド１の左右側面１ｂ側に回り込む。なお、ミクロ的に見ると、前面１ａで受けた風の一部は空間Ａ内に侵入するが、その量は微量であるため、実質的には空間Ａ内に入り込まないものと同視できる。

また、左右側面１ｂに回り込んだ風は、左右側面１ｂと記録媒体Ｍとの間から空間Ａ内に入り込もうとする。特に前面１ａと左右側面１ｂとのエッジ付近では、風の巻き込みなどにより乱流が発生するため、空間Ａ内に入り込もうとする圧力が強くなる。しかしながら、上記同様、ノズル領域４と記録メディアＭとの間にはエアカーテンＢが形成されているため、左右側面１ｂに回り込んだ風は、エアカーテンＢに阻まれて空間Ａ内に入り込むことができずに、そのまま走査方向Ｓ後方に抜けていく。

このように、インクジェットヘッド１の移動により、前面１ａ付近や前面１ａと左右側面１ｂとのエッジ付近を中心としてインクジェットヘッド１周りに大きな圧力変動が生じるが、エアカーテン機構５が生成するエアカーテンＢにより空間Ａの内外における空気の出入りが極めて小さくなるため、空間Ａ内では、圧力変動の小さい所定の均等圧力範囲に維持される。このため、各ノズル３から吐出されたインク液滴は、圧力変動のない（又は、圧力変動の小さい）環境下で飛行することができ、理想の飛行軌跡に近い状態で記録メディアＭに着弾する。

このように、本実施形態によれば、エアカーテン機構５により、ノズル領域４の周囲から記録メディアＭに向けて空気を送風することで、ノズル領域４を覆うようにエアカーテンＢが形成される。このため、インクジェットヘッド１を走査方向Ｓに移動させる際に、インクジェットヘッド１の周囲からノズル領域４と記録メディアＭとの間の空間Ａに空気が入り込むのを抑制することができる。これにより、空間Ａ内の圧力を所定の均等圧力範囲に維持することができるため、インク液滴の着弾精度を向上させて高精細かつ高速処理が可能となる。

そして、噴出口６をノズル領域４の前後左右に形成することで、簡易な構成でノズル領域４を覆うようにエアカーテンＢを形成することができる。このため、インクジェットプリンタに、エアカーテン機構５を備えない既存のインクジェットヘッドが搭載されていたとしても、このインクジェットヘッドにエアカーテン機構を簡易的に取り付けることが可能となる。

更に、走査方向Ｓ前後方向に形成される噴出口６ａ及び噴出口６ｂをノズル領域４から離間させることで、インクジェットヘッド１が移動方向前方から受ける風の影響を更に低減することができる。一方で、走査方向Ｓ左右方向に形成される噴出口６ｃ及び噴出口６ｄを、噴出口６ａ及び噴出口６ｂよりもノズル領域４に近接させることで、インクジェットヘッド１の大型化を抑制することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、エアカーテン機構５の噴出口６が、ノズル領域４の前後左右において細長い矩形状に形成されるものとして説明したが、ノズル領域４を覆うようにエアカーテンを形成することができれば如何なる形状であってもよい。例えば、図５（ａ）に示すように、ノズル領域４を覆う環状に形成しても良く、図５（ｂ）に示すように、ノズル領域４を覆う間欠環状に形成してもよい。

また、上記実施形態では、噴出口６ａと噴出口６ｂの双方を、ノズル領域４から離間させるものとして説明したが、インクジェットヘッド１が走査方向Ｓに移動するときにのみ各ノズル３からインク液滴を吐出する場合は、走査方向Ｓ前方の噴出口６ａのみノズル領域４から離間させるものとしてもよい。

また、上記実施形態においてエアカーテン機構は、送風装置、噴出口６及び供給路７で構成されるものとして説明したが、ノズル領域４を覆うようにエアカーテンを形成することができれば如何なる構成であってもよい。

また、上記実施形態では、インクジェットヘッド１を走査方向Ｓに移動させるものとして説明したが、インクジェットヘッド１と記録メディアとが相対的に移動すればよく、例えば、インクジェットヘッド１を移動させずに記録メディアを走査方向Ｓの反対方向に移動させるものとしてもよい。

また、上記実施形態では、本発明の一例としてインク液滴を吐出するインクジェットヘッド及びインクジェットプリンタについて説明したが、本発明を、食用オイルや接着剤などの高粘度液体を液滴として吐出する工業用液滴吐出ヘッド及び工業用液滴吐出装置などに適用してもよい。

１…インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）、１ａ…前面、１ｂ…左右側面、２…ノズル面、３…ノズル、４…ノズル領域、５…エアカーテン機構、６（６ａ〜６ｄ）…噴出口、７（７ａ〜７ｄ）…供給路、１０…インクジェットプリンタ（液滴吐出装置）、Ａ…ノズル領域と記録媒体との間に形成される空間、Ｂ…エアカーテン、Ｍ…記録メディア、Ｓ…走査方向。

Claims

走査方向に高速移動可能に保持され、記録メディアに対向配置されるノズル面に液滴を吐出する複数のノズルが形成された液滴吐出ヘッドを搭載する液滴吐出装置であって、
前記液滴吐出ヘッドが移動しながら、前記複数のノズルから前記記録メディアに前記液滴を吐出する間、前記複数のノズルが形成されるノズル領域の周囲から前記記録メディアに向けてガスを送風するエアカーテン機構を有し、
前記エアカーテン機構は、ガスが噴き出される噴出口が、前記走査方向において前記ノズル領域の前後左右のみに形成され、
前記走査方向の前後方向における前記噴出口は、前記ノズル領域から離間して配されていることにより、
前記液滴吐出ヘッドの前記走査方向における前面で受けた風が、当該前面と前記記録メディアとの間から、前記ノズルが形成された領域と前記記録メディアとの間に形成される空間に侵入することを抑制し、当該空間内の圧力を所定の均等圧力範囲に維持する、液滴吐出装置。
前記走査方向の前後方向における前記噴出口と前記ノズル領域との離間距離は、前記走査方向の左右方向における前記噴出口と前記ノズル領域との離間距離よりも長い、請求項１に記載の液滴吐出装置。