JP2008055716A - インクジェット記録用ヘッド、及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来と比べてより短時間でインクの吐出速度を安定し、より消費電力を小さくすることが可能なインクジェット記録用ヘッドを提供すること。
【解決手段】インクが供給されるインク供給口１１と、供給されたインクが射出される複数のノズル１６と、複数のノズル１６と連通しており、供給されたインクを加圧する複数の加圧室１８と、インクを加熱するための液体が流通する液体流路１４とを備え、液体流路１４は、加圧室１７を形成している壁面を隔てて形成されている、インクジェット記録用ヘッドである。
【選択図】図３

Description

本発明は、インクジェット記録用ヘッド、及びそれを用いたインクジェット記録装置に関する。

インクジェット記録装置として、インクタンクから供給路を介して記録ヘッドにインクを供給し、記録ヘッドにおいて供給されたインクをシート上に射出し、画像を形成するものが知られている。又、インクの吐出方式としてはピエゾ素子によって圧力をかけてインクを射出するピエゾ方式が知られている。

このようなインクジェット記録装置では、インクの温度の変動により、インクの粘度が変わり、吐出速度が変動する。インクの温度と粘度は、インク温度が低温になると粘度は大きくなり、高温になると粘度は小さくなるという関係があり、一般にインクの温度が低温になる方がインクの吐出速度に与える影響は大きいことが知られている。

このようにインク温度が低くなり、予定の吐出速度よりも実際の吐出速度が遅くなると画像のずれが生じることになる。

この吐出速度の変化を抑制するため、インクタンクを加熱することによって、インクの液温を所定温度以上とし、吐出速度の安定化を図っているインクジェットプリンタが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
２００３−１４５７８９号公報

しかしながら、インクタンク自体を加温していたため、すぐには使用しないインクも含めた全てのインクを暖める必要があり、更にインクタンク自体の熱容量もあるため、インクを暖めるために必要な熱量が大きくなっていた。

そのため、インクの温度が所定温度になるまで時間がかかり、例えば、冬場などにはインクの吐出速度が安定するまでに時間がかかっていた。又、必要な熱量が大きいため、ヒーターの動作による消費電力も大きくなっていた。

本発明は、従来のインクジェット記録装置の課題を考慮して、従来と比べてより消費電力が小さく、短時間でインクの吐出速度を安定させることが可能なインクジェット記録用ヘッド、及びインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１の本発明は、
インクが供給されるインク供給口と、
前記供給されたインクを加圧する複数の加圧室と、
前記加圧されたインクを射出する複数のノズルと、
前記供給されたインクを加熱するための液体が流通する液体流路とを備えた、インクジェット記録用ヘッドである。

又、第２の本発明は、
前記液体流路は、前記加圧室を形成している壁面を隔てて形成されている、第１の本発明のインクジェット記録用ヘッドである。

又、第３の本発明は、
前記加圧室の、前記液体流路が形成されている側とは反対側の外壁に配置されたピエゾアクチュエータを備え、
前記液体流路は、
前記液体が供給される液体供給口と、
前記液体が排出される液体排出口とを有し、
前記液体供給口と前記液体排出口の間の前記液体流路は、前記加圧室が配列されている方向に沿って形成されている、第２の本発明のインクジェット記録用ヘッドである。

又、第４の本発明は、
第１の本発明のインクジェット記録用ヘッドと、
前記液体流路を通って前記液体を循環させる循環ユニットと
前記液体の温度を測定するセンサーと、
前記センサーによる測定結果に基づいて前記液体を加熱する制御ユニットと、
を備えた、インクジェット記録装置である。

本発明によれば、従来と比べてより消費電力が小さく、短時間でインクの吐出速度を安定させることが可能なインクジェット記録用ヘッド、及びインクジェット記録装置を提供することが出来る。

以下、本発明にかかる実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態）
以下に、本発明のインクジェット記録装置の一例としてインクジェットプリンタを例に挙げて説明する。

図１は、本実施の形態のインクジェットプリンタの簡易構成図である。図１に示すように、本実施の形態のインクジェットプリンタは、インクが射出されるヘッド１と、ヘッド１に供給するインク（例えば、ブラックインク）を貯蔵するインクタンク２と、インクタンク２とヘッド１とを接続するインク流路３とを備えている。尚、図１では、ヘッド１及びインクタンク２は１つずつしか図示されていないが、カラー印刷の場合にはブラック、シアン、マゼンダ、及びイエローの４種類のインクのそれぞれに対するヘッド１とインクタンク２が設けられている。

また、インクを加温するための液体が、ヘッド１を経由して循環する液体循環経路４が設けられている。この液体循環経路４上には、液体の温度を測定するためのセンサー５と、センサー５の測定結果に基づいて液体を加温するためのヒーター６と、液体を循環させるための、本発明の循環ユニットの一例であるポンプ８とが設けられている。又、センサー５による検出値が所定値よりも小さい場合にヒーター６を動作させる制御ユニット７が設けられている。尚、本発明の液体の一例として、本実施の形態では水が用いられている（以下、加温水という）。

又、ヘッド１は、用紙２７の搬送方向Ｂと垂直方向（矢印Ａ参照）にレール９に沿って移動可能に構成されており、用紙２７の搬送に従って、ヘッド１が移動しながらインク１０を吐出することにより用紙上に画像が形成される。

次に、本発明のインクジェット記録用ヘッドの一例であるヘッド１について説明する。図２は、本実施の形態のインクジェットプリンタのヘッド１の下面１ａの平面図である。図２には、図１で示した矢印Ａ及びＢが記載されている。用紙搬送方向Ｂを基準にして、ヘッド１の下流側の端を１ｂとし、上流側の端を１ｃとする。図２に示すように、ヘッド１の下面１ａには、インクを射出するための複数のノズル１６が形成されている。このノズル１６は、端１ｂから端１ｃの方向（用紙搬送方向Ｂ）に沿って４列に並んで配置されている。尚、ヘッド１には、一例として３００個のノズル１６が設けられている。

又、端１ｂの中央近傍のヘッド１上面側には、インク流路３が接続されているインク供給口１１が設けられている。尚、図２は下面１ａ側の平面図であるためインク供給口１１は点線で示されている。このインク供給口１１から複数のノズル１６にインクを搬送するためのヘッド内インク流路１５が形成されている。このヘッド内インク流路１５はインク供給口１１から端１ｃ方向に向かって３つに分岐しており、３つの分岐している流路のうち中央に形成されている流路を中央流路１５ａとし、両端に形成されている流路を端流路１５ｂ、ｃとする。

次に、ノズル１６近傍の詳細について説明する。

図３（ａ）は、図２に示すＰ部の拡大図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＺＺ´断面図である。図３（ｂ）に示すように、ヘッド内インク流路１５は下面１ａ側に形成されており、上面１ｄ側に形成された加圧室１８と流入口２５によって連通している。

この加圧室１８は上方に振動板２４が配置されており、振動板２４の上方にはピエゾアクチュエータ１９が配置されている。このピエゾアクチュエータ１９は、圧電素子２０を個別電極２１と共通電極２２で挟むように構成されている。尚、上から順に個別電極２１、圧電素子２０，共通電極２２の順に配置されている。

又、振動板２４の上面がヘッド１の上面１ｄを形成している。又、ヘッド内インク流路１５の下側の壁面はノズルプレート２３によって構成されており、このノズルプレート２３が下面１ａを形成している。又、ノズル１６は、ノズルプレート２３に形成されている開口によって形成されている。

又、加圧室１８と下面１ａ側に形成されたノズル１６とを連通するノズル流路１７が形成されている。更に、加圧室１８を形成する下側の壁面１８ａを隔てて、インクを加温するための加温水が流通するヘッド内液体流路１４が形成されている。このヘッド内液体流路１４の下側の壁面はノズルプレート２３によって構成されている。尚、ノズルプレート２３、壁面１８ａ、及び振動板２４等は、ＳＵＳによって形成されている。

図２及び図３を用いてヘッド内液体流路１４について説明する。

図２に示すように、ヘッド１は、液体循環経路４と接続される液体供給口１２と、液体排出口１３とを有している。この液体供給口１２と液体排出口１３は、端１ｃ側近傍に形成されており、搬送方向Ｂと垂直な幅方向の両端に分かれて配置されている。液体供給口１２から液体排出口１３までヘッド内液体流路１４が形成されている。このヘッド内液体流路１４は液体供給口１２から端１ｂに向かった後に折り返して再び端１ｃに向けて形成されており、そこから折り返して端１ｂに向かった後、更に折り返して液体排出口１３へと形成されている。すなわち、ヘッド内液体流路１４は、液体供給口１２から３回折り返して、液体排出口１３へと形成されている。図２において、ヘッド内液体流路１４における加温水の流通方向が実線矢印で示されている。

このように折り返して形成されていることによって、ヘッド内液体流路１４は、４列に配列された複数の加圧室１８に沿って、それら加圧室１８の下側を通るように配置されている。

又、図２に示すように、複数のノズル１６と連通している４列に配置された複数の流入口２５のうち、両端の２列の流入口２５は、それぞれ端流路１５ｂ、ｃの上方に配置されている。又、中央の２列の流入口２５は、中央流路１５ａの上方に配置されている。尚、図２において、ヘッド内インク流路１５中におけるインクの流通方向が白抜き矢印で示されている。

上記構成の本実施の形態のインクジェットプリンタの動作について説明する。図４は、本実施の形態のインクジェットプリンタの立ち上げ動作時の制御フロー図である。

ステップ１として、本実施の形態のインクジェットプリンタの電源を入れると、ポンプ８が駆動され、ステップ２において所定時間後にセンサー５によって加温水の温度が検知される。

次に、ステップ３として、制御ユニット７がセンサー５によって検知された加温水の温度が所定温度以上であるか否かを判定する。この所定温度としては、一例として２５℃が挙げられる。

次に、ステップ３において制御ユニット７によって２５℃未満であることが判定された場合には、ステップ４にて制御ユニット７はヒーター６を動作させる（ステップ４）。続いて、ヒーター６による加熱により、液体の温度が２５℃以上になったと制御ユニット７が判定した場合（ステップ５）には、インクジェットプリンタの立ち上げ動作が完了する（ステップ６）。そして、ユーザーからの印刷指令があれば印刷動作が開始される。尚、立ち上げ時及び印刷動作時にセンサー５によって検知される温度が３０℃以上になった場合にはヒーター６の電源はオフされる。

印刷動作の際には、共通電極２２と個別電極２１に電圧がかけられることにより圧電素子２０が変形し、加圧室１８の振動板２４が加圧室１８の内側に湾曲する。そうすると、加圧室１８内に充填されているインクが加圧され、ノズル１６から吐出される。

一方、ステップ２において、センサー５によって検知された温度が２５℃以上であると判定された場合には、ヒーター６を動作させず、立ち上げ動作は完了する（ステップ６）。

以上のように、本実施の形態のインクジェットプリンタ−は、ヘッド１内に充填されているインクのみを加熱するだけで良いため、従来のようにインクタンク２を加熱していた場合と比較して加える熱量が少なくてすむため、消費電力を小さく、短時間でインクの吐出速度を安定することが可能となる。尚、一例としてインクタンク２の容量を３００ｃｃ、加温水の量を５０ｃｃとすると、本実施の形態の場合、加温水を加熱すればよいので、従来のようにインクタンク２を加熱する場合と比較して、約１／６程度の電力で済むことになる。

又、本実施の形態では、インクジェットプリンタの立ち上げ動作についてのみ説明したが、立ち上げ動作終了後ユーザーからの印刷指示を受けてから調温水が２５℃以上か否かを判定し、ヒーター６の制御を行っても良い。

又、本実施の形態では、加温水の温度を測定して、その温度が所定温度以下の場合にヒーター６を動作させているが、ヘッド内インク流路１５に温度センサーを設けて、インク温度が所定温度以下の場合に、ヒーター６を動作させてもよい。

又、本実施の形態では、加温水の温度が２５℃以上になるようにヒーター６によって加温されているが、インクの種類、ヘッドの大きさ等によって閾値となる温度を適宜変更可能である。尚、本実施の形態では、水を用いているが、水に限らなくても良い。

又、本実施の形態では、液体循環経路４中にヒーターしか設けられておらず、上限値は設定されていないが、インクの温度が高温よりも低温になる方が吐出速度に与える影響が大きくなるため、吐出速度を安定させる効果を発揮できる。しかしながら、更に精度よくインクの吐出速度を安定させるため、液体循環経路４中に冷却装置を設けて加温水の温度が所定温度幅以内（例えば、２５℃〜３０℃以内）になるように制御が行われても良い。

又、本実施の形態では、加温水の温度を検知してヒーター６を制御しているが、ヘッド１内のインクの温度を直接検知してヒーター６を制御してもよい。この場合、インク温度としては、ノズル１６に連通したノズル流路１７又は加圧室１８内のインクの温度を用いればよい。

又、本実施の形態では、加圧室１８の下側にヘッド内液体流路１４が形成されているが、例えば、インク供給口１１の近傍のみを流れるように形成されていても良い。しかしながら、本実施の形態のように加圧室１８内に充填されたインクを加温することが出来る構成とする方が吐出直前のインクの温度を効率的に加温できるためインク飛翔を安定させることが出来るためより好ましい。

又、本実施の形態のインクジェットプリンタは、シリアル型ヘッド方式であるが、ライン型ヘッド方式であってもよい。尚、ライン型ヘッド方式の場合、図２の矢印Ｂと垂直な方向に用紙が搬送される。

本発明のインクジェット記録用ヘッド及びインクジェット記録装置は、従来と比べてより消費電力が小さく、短時間でインクの吐出速度を安定させることが可能な効果を有し、プリンタ、ファクシミリ、複写機などの画像形成装置として有用である。

本発明にかかる実施の形態におけるインクジェットプリンタの簡易構成図 本発明にかかる実施の形態におけるインクジェットプリンタのヘッドの裏面図 （ａ）本発明にかかる実施の形態におけるインクジェットプリンタのヘッド裏面の部分拡大図、（ｂ）（ａ）のＺＺ´断面図 本発明にかかる実施の形態におけるインクジェットプリンタの立ち上げ動作時の制御フロー図

符号の説明

１ ヘッド
２ インクタンク
３ インク流路
４ 液体循環経路
５ センサー
６ ヒーター
７ 制御ユニット
８ ポンプ
９ レール
１０ インク
１１ インク供給口
１２ 液体供給口
１３ 液体排出口
１４ ヘッド内液体流路
１５ ヘッド内インク流路
１６ ノズル
１７ ノズル流路
１８ 加圧室
１９ ピエゾアクチュエータ
２０ 圧電素子
２１ 個別電極
２２ 共通電極
２３ ノズルプレート
２４ 振動板
２５ 流入口

Claims (4)

1. インクが供給されるインク供給口と、
   前記供給されたインクを加圧する複数の加圧室と、
   前記加圧されたインクを射出する複数のノズルと、
   前記供給されたインクを加熱するための液体が流通する液体流路とを備えた、インクジェット記録用ヘッド。
2. 前記液体流路は、前記加圧室を形成している壁面を隔てて形成されている、請求項１記載のインクジェット記録用ヘッド。
3. 前記加圧室の、前記液体流路が形成されている側とは反対側の外壁に配置されたピエゾアクチュエータを備え、
   前記液体流路は、
   前記液体が供給される液体供給口と、
   前記液体が排出される液体排出口とを有し、
   前記液体供給口と前記液体排出口の間の前記液体流路は、前記加圧室が配列されている方向に沿って形成されている、請求項２記載のインクジェット記録用ヘッド。
4. 請求項１記載のインクジェット記録用ヘッドと、
   前記液体流路を通って前記液体を循環させる循環ユニットと
   前記液体の温度を測定するセンサーと、
   前記センサーによる測定結果に基づいて前記液体を加熱する制御ユニットと、
   を備えた、インクジェット記録装置。

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