JP2002355955A - インクジェットプリンター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ノズルヘッド内のインクを簡単かつ高精度で温
度を保持して高品位は画像を安定して形成可能なインク
ジェットプリンタの提供にある。 【解決手段】インクジェットプリンターのノズルヘッド
１０を構成するインク溜まり部７内のインク出射ノズル
孔１近傍に、カーボン粒子と熱半導体ポリマーもしくは
カーボン粒子と放射線架橋型高分子化合物によって自己
温度制御しているサーミスタヒータ２を配置し、インク
溜まり部７に通じる供給通路にも配置しているインクジ
ェットプリンターとするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット印
字法にて画像形成するインクジェットプリンターに関す
るものであり、特に周囲温度や、インク吐出の経時的変
化・過渡的変化の影響を受けずに、何時も安定したイン
クの吐出を、安価で且つ小型に実現するインクジェット
プリンターに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液体インク（ＷＡＸ溶融型インク
を含む）を吐出するインクジェットヘッドでは、そのイ
ンクの粘度を一定に保つことが非常に重要であった。こ
れは、インクを圧電セラミック（ピエゾ素子。以下ピエ
ゾ素子と呼ぶ）による振幅や熱バブルの加圧、超音波等
の加圧等によってノズルから吐出させようとするとき、
このインクの粘度によって、吐出されるインクの量や吐
出されるインクの形状等が変化してしまうからである。

【０００３】具体的には、吐出量が安定しなければ、印
字の濃度にムラが出るだけでなく、記録媒体に着弾する
位置が吐出インク体積の変化故生じてしまう。また、吐
出されるインク粒の形状が変化すると、例えば、微細な
サテライトと呼ばれるインク粒が本来のインク粒の他に
発生して地汚れを起こしたり、インクが粒にならずにつ
ながって放出されたり、どれも、画像劣化の大きな要因
となる。また、インクの温度は、インクジェットヘッド
周囲の温度が一定であっても、絶えず変化してしまう。
これは、インク吐出に使用される、ピエゾ素子や熱バブ
ルを生じさせるヒータ等が、インク吐出動作によって昇
温するので、印字の過渡的な時間の流れや、印字パター
ン等によって、ノズル近傍のインク粘度は絶えず温度変
化をしてしまうからである。

【０００４】上記問題点の解決として、従来は、温度に
よって、粘度変化を受けにくいインクを使用したり、ピ
エゾ素子等に放熱対策を行ったり、ヘッドそのものを大
きくして、熱容量を増やしたり、様々な策を講じてきた
が、温度による、粘度等の粘性変化を受けないインクは
存在せず（通常は温度が上昇するに従い粘度は低下す
る）、吐出が不安定となる問題があった。

【０００５】そこで、上記吐出が不安定となる問題に対
し、例えば特開平６−９１８９３号公報に開示されてい
るように、インクジェットのインクチャネル等、インク
たまり部にヒータを設け、インク粘度を一定にする等の
策が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平６−９１８９３号公報の技術のように、インクジェ
ットのインクチャネル等、インクたまり部にヒータを設
け、インク粘度を一定にする等の手法でも、ヒータの温
度を絶えず検出し、そのヒータを所定の温度に維持する
ための温度制御手段が必要不可欠であった。これは、手
段が複雑になるだけでなく、このヒータ以外に温度を検
出するセンサーが必要であることを意味し、更に、その
センサーの信号線の引き回しも必要なため、非常に微細
でかつ小型なインクジェットヘッドではインク粘度を安
定化することは困難であった。更にまた、通常のヒータ
では、ヒータの箇所によって、どうしても、目的とする
温度との食い違いが生じてしまうものであった。

【０００７】上記問題には、２つの理由があり、その１
つは、温度を検出するセンサーのある検出部と実際のセ
ンサーとの距離的なことや伝熱的遅れ等によるものであ
り、もう一つは、ヒータからの伝熱はヒータに投入する
電力で決められてしまうので、同じ電力投入条件下で
は、ヒータが存在するところが低温では、低温にシフト
（所定温度に達しない）するし、高温では高温にシフト
（所定温度を越えてしまう）という、いわゆる温度ムラ
が発生するからである。このため、インクジェットヘッ
ド内のインクを高精度に温度保持させることは困難であ
った。つまりインクジェットヘッド内のインクの温度を
定温度化し、粘度を一定に保つことは難しかしいという
問題があった。

【０００８】本発明は、かかる従来技術の問題点を解決
するものであり、その課題とするところは、インクジェ
ットヘッド内のインクを温度検出せずに、簡単かつ高精
度で温度を保持することによって高品位は画像を安定し
て形成可能なインクジェットプリンターを提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に於いて上記課題
を達成するために、まず請求項１の発明では、ヘッドを
構成するインク溜まり部内のインク出射ノズル孔近傍
に、サーミスタヒータが配置されているインクジェット
プリンターであって、該サーミスタヒータは、自己温度
制御性を有していることを特徴とするインクジェットプ
リンターとしたものである。

【００１０】上記請求項１の発明によれば、インクジェ
ットヘッドのインク溜まり部内のインク出射ノズル孔近
傍に電力を投入さえしておけば自動的に一定温度に保持
される自己温度制御性を有するサーミスタヒータを設け
てあるので、絶えず、所定の温度に予熱・保温出来る事
からノズル孔近傍のインク粘度を一定にさせておくこと
ができる。そして、この自己温度制御性を有するサーミ
スタヒータなので、ヒータの場所によって、温度の低い
ところ、例えば、放熱が多かったり、ピエゾなどのアク
チュエータ作動の少ない、印字率の少なかったノズル近
傍等では温度を上げ、逆に温度の高いところ、例えば蓄
熱や温度上昇の激しい印字率の高いノズル近傍等では昇
温をストップさせるので、ヘッド内部の温度均一化を図
るこができる。またサーミスタヒータは、自己温度制御
性を有するので、従来のようにヒータ温度を検出する温
度センサーを必要とせず、よってヘッドを複雑且つ大型
化させず、更に外部からの温度制御も行う必要がないの
で、温度コントロールも要らず、低コスト且つシンプル
にインク温度の均一化が実現ができるインクジェットプ
リンターとすることができる。

【００１１】また、請求項２の発明では、前記サーミス
タヒータは、カーボン粒子と熱半導体ポリマーによって
自己温度制御している請求項１記載のインクジェットプ
リンターとしたものである。

【００１２】上記請求項２の発明によれば、サーミスタ
ヒータが、カーボン粒子と熱半導体ポリマーによって自
己温度制御しているので、３０℃〜７０℃程度の範囲の
１点の温度を、温度コントローラなどの外部温度制御手
段を全く用いることなく高精度で保温することが出来る
ので、低コストで且つ低故障のインク予熱が可能なイン
クジェットプリンターとすることができる。さらに発熱
体の基本成分がカーボン粒子と熱半導体ポリマーによる
有機ヒータであるので、発火するまで温度が上昇する事
が無く、安全で特に発火・引火の恐れのある溶剤系イン
ク等を用いた場合に極めて有利なインクジェットプリン
ターとすることができる。

【００１３】また、請求項３の発明では、前記サーミス
タヒータは、カーボン粒子と放射線架橋型高分子化合物
によって自己温度制御している請求項１記載のインクジ
ェットプリンターとしたものである。

【００１４】上記請求項３の発明によれば、サーミスタ
ヒータが、カーボン粒子と放射線架橋型高分子化合物に
よって自己温度制御しているので、３０℃〜７０℃程度
の範囲の１点の温度を、温度コントローラなどの外部温
度制御手段を全く用いることなく高精度で保温すること
が出来るので、低コストで且つ低故障のインク予熱が可
能なインクジェットプリンターとすることができる。さ
らに発熱体の基本成分がカーボン粒子と放射線架橋型高
分子化合物による有機ヒータであるので、発火するまで
温度が上昇する事が無く、安全で特に発火・引火の恐れ
のある溶剤系インク等を用いた場合に極めて有利なイン
クジェットプリンターとすることができる。

【００１５】さらにまた、請求項４の発明では、前記サ
ーミスタヒータは、前記ヘッドのインク溜まり部に通じ
るインク供給通路またはその近傍に配置されていること
を特徴とする請求項１、２または３記載のインクジェッ
トプリンターとしたものである。

【００１６】上記請求項４の発明によれば、インク溜ま
り部に通じるインク供給通路またはその近傍にも自己温
度制御性を有するサーミスタヒータを配置することによ
って、供給されてくるインクが予熱されるので、例え
ば、周囲温度が極めて低いときなどでインク粘度が極め
て高くインクジェットヘッドに十分なインク供給を行う
のが困難な場合等にはスムーズなインク供給に有効とな
り、かつまた、ノズル孔近傍とそれ以外の部分との温度
差を少なく出来るので、インクの温度均一化、つまりイ
ンク粘度の均一化をさらに図ることのできるインクジェ
ットプリンターとすることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
用いて説明する。本発明のインクジェットプリンター
は、図１の側断面概略図に示すように、例えば、インク
ジェットヘッド（１０）の内部にあるインク溜まり部
（７）内のインク出射ノズル孔（１）の近傍両側に、サ
ーミスタヒータ（２）が配置されているインクジェット
プリンターであって、その特徴とするところはこのサー
ミスタヒータ（２）が、カーボン粒子と熱半導体ポリマ
ーあるいはカーボン粒子と放射線架橋型高分子化合物に
よって自己温度制御性を有していて、従来のようにヒー
タ温度を検出する温度センサーを必要とせず、よってヘ
ッドを複雑且つ大型化せず、更に外部からの温度制御の
必要がないので、低コストで且つシンプルにインク温度
の均一化ができることにある。

【００１８】また、本発明では、図１に示すインク溜ま
り部（７）に通じるインク供給通路（図示せず）近傍に
も自己温度制御性を有するサーミスタヒータを配置する
もので、これによって供給されてくるインクが予熱され
て、インク供給をスムーズにし、かつノズル孔（１）近
傍とそれ以外の部分との温度差を少なくしてインク粘度
の均一化をより促進することができるものである。

【００１９】上記のインクジェットプリンターでは、イ
ンクの吐出アクチュエータとして圧電セラミックス
（３）を用いたドロップオンデマンド方式のインクジェ
ット方式を例に挙げたが、これは、圧電セラミックス
（３）に電圧信号をケーブル（６）を介して印可する事
によって、圧電セラミックス（３）の厚さ方向に寸法的
な変位を起こし、その変位によって、振動板であるダイ
アフラム（４）を振幅させてインク粒（５）をノズル孔
（１）から下方向（ｂ）に吐出させるものである。

【００２０】また、インクは図示していないインク供給
経路からインク進行方向（ａ）に供給され、インク溜ま
り部（７）に導かれる。このインク溜まり部（７）内
で、ノズル孔（１）の両脇には、自己温度制御性を有す
るサーミスタヒータ（２）が、ノズルプレート部に張り
付けられてあり、ハーネス（図示せず）で絶えず給電す
ることによって一定温度に保温されている。

【００２１】発明者らは、温度によって誘電率が変化
し、その結果内添されたカーボン粒子の流れ込み電流、
すなわちジュール発熱量を鋭敏に自己制御するサーミス
タヒータ（２）を製作し、ヒータその物の自己温調温度
を５０℃としたところ、インク溜まり部（７）のインク
温度が約４５℃で環境温度に殆ど影響を受けずに予熱出
来る事を確認した。

【００２２】ここで、自己制御するサーミスタヒータ
（２）の設定温度を５０℃とした理由は、実際の印字環
境温度として５〜３５℃を想定し、更に圧電セラミック
ス（３）の駆動にともなう温度上昇を最大１０℃見込ん
だので、インクを４５℃に保持しておけば、絶えずイン
ク温度となることを予想したからである。

【００２３】実際に、アクチュエータを駆動していく
と、連続印字などで、数度の温度上昇を認めることがで
きた。しかしながら、温度が上昇すれば、自己制御する
サーミスタヒータ（２）の発熱量も減り、４５℃という
設定温度に自己制御されることから、印字しはじめから
連続印字までの過渡時でも、インクの温度は殆ど変わる
ことはなかった。

【００２４】さらに、インクジェットプリンターには、
図示していないが、熱に弱い電子部材や、インクの沸騰
・蒸発等を考慮した場合でも、４５〜５０℃の保持温度
は、理にかなっている。

【００２５】以上のように、本発明のインクジェットプ
リンターは、吐出するインクを非常に簡便に保持するこ
とができ、結果として粘度等インクの粘性的性質を一定
に保つことができるものであった。

【００２６】上記事例での、その他の詳細条件を以下に
示す。 インク：水系インク、ＵＶ硬化インク（ＰＭＭＡベー
ス）、溶剤インク（シクロヘキサノンベース） インク予熱ヒータ：カーボン粒子と熱半導体ポリマーに
よる自己温度制御性を有し、制御温度が約５０℃ ヒータ入力電圧：５〜２４Ｖの間で任意。 使用インク粘度範囲：５〜２０ｍ・Ｐａ・ｓｅｃ

【００２７】

【発明の効果】本発明は以上の構成であるから、下記に
示す如き効果がある。即ち、本発明によれば、インクジ
ェットヘッドのインク溜まり部内のインク出射ノズル孔
近傍に電力を投入さえしておけば自動的に一定温度に保
持される自己温度制御性を有するサーミスタヒータを設
けてあるので、絶えず、所定の温度に予熱・保温出来る
事からノズル孔近傍のインク粘度を一定に保持すること
ができる。そして、この自己温度制御性を有するサーミ
スタヒータなので、このヒータの場所によって、温度の
低いところ、例えば、放熱が多かったり、ピエゾなどの
アクチュエータ作動の少ない、印字率の少なかったノズ
ル孔近傍等では温度を上げ、逆に温度の高いところ、例
えば蓄熱や温度上昇の激しい印字率の高いノズル孔近傍
等では昇温をストップさせるので、ヘッド内部の温度の
均一化を厳密に図る事ができる。

【００２８】また、本発明によれば、サーミスタヒータ
は自己温度制御性を有しているので、従来のようにヒー
タ温度を検出する温度センサーを有せず、よってヘッド
を複雑且つ大型化させることがなく、更に外部からの温
度制御も行っていないので、温度コントロールに要する
基材やソフトウエア等も要らず、低コストで且つシンプ
ルにインク温度の均一化ができるインクジェットプリン
ターとすることができる。

【００２９】また、本発明によれば、サーミスタヒータ
が、カーボン粒子と熱半導体ポリマーもしくはカーボン
粒子と放射線架橋型高分子化合物とによって自己温度制
御していて、３０℃〜７０℃程度の範囲の１点の温度
を、温度コントローラなどの外部温度制御手段を全く用
いることなく高精度で保温することが出来るので、低コ
ストで且つ低故障のインク予熱が可能なインクジェット
プリンターとすることができる。さらに発熱体の基本成
分がカーボン粒子と熱半導体ポリマーもしくはカーボン
粒子と放射線架橋型高分子化合物とによる有機ヒータで
あるので、発火するまで温度が上昇する事が無く、安全
で特に発火・引火の恐れのある溶剤系インク等を用いた
場合に極めて有利なインクジェットプリンターとするこ
とができる。

【００３０】さらにまた、本発明によれば、インク溜ま
り部に通じるインク供給通路またはその近傍にも自己温
度制御性を有するサーミスタヒータを配置することによ
って、供給されてくるインクが予熱されるので、例え
ば、周囲温度が極めて低いときなどでインク粘度が極め
て高くインクジェットヘッドに十分なインク供給を行う
のが困難な場合等にはスムーズなインク供給に有効とな
り、かつまた、ノズル孔近傍とそれ以外の部分との温度
差を少なく出来るので、インクの温度均一化、つまりイ
ンク粘度の均一化をさらに図ることのできるインクジェ
ットプリンターとすることができる。

【００３１】従って本発明は、インクジェット印字法に
て画像形成するインクジェットプリンター、特に周囲温
度や、インク吐出の経時的・過渡的変化の影響を受けず
に、何時も安定したインクの吐出を、安価で且つ小型に
実現するインクジェットプリンターとして、優れた実用
上の効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットプリンターを構成する
インクジェットヘッドの一実施の形態を側断面で表した
概略説明図である。

【符号の説明】

１‥‥ノズル孔 ２‥‥サーミスタヒータ ３‥‥圧電セラミックス ４‥‥ダイアフラム ５‥‥吐出インク粒 ６‥‥信号ケーブル ７‥‥インク溜まり部 １０‥‥インクジェットヘッド ａ‥‥インクの進行方向 ｂ‥‥吐出インクの吐出する方向

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ヘッドを構成するインク溜まり部内のイン
   ク出射ノズル孔近傍に、サーミスタヒータが配置されて
   いるインクジェットプリンターであって、該サーミスタ
   ヒータが、自己温度制御性を有していることを特徴とす
   るインクジェットプリンター。
2. 【請求項２】前記サーミスタヒータは、カーボン粒子と
   熱半導体ポリマーによって自己温度制御している請求項
   １記載のインクジェットプリンター。
3. 【請求項３】前記サーミスタヒータは、カーボン粒子と
   放射線架橋型高分子化合物によって自己温度制御してい
   る請求項１記載のインクジェットプリンター。
4. 【請求項４】前記サーミスタヒータは、前記ヘッドのイ
   ンク溜まり部に通じるインク供給通路またはその近傍に
   配置されていることを特徴とする請求項１、２または３
   記載のインクジェットプリンター。