JP2008100458A - インクジェットプリンタ - Google Patents

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JP2008100458A JP2006286037A JP2006286037A JP2008100458A JP 2008100458 A JP2008100458 A JP 2008100458A JP 2006286037 A JP2006286037 A JP 2006286037A JP 2006286037 A JP2006286037 A JP 2006286037A JP 2008100458 A JP2008100458 A JP 2008100458A
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65HHANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2406/00Means using fluid
    • B65H2406/30Suction means
    • B65H2406/33Rotary suction means, e.g. roller, cylinder or drum

Abstract

【課題】エネルギーの消費量を抑制しながら印刷媒体のカールを防止すると共に、高速且
つ円滑な印刷媒体の反転が可能なインクジェットプリンタを提供する。
【解決手段】インクジェットヘッド11の印刷媒体搬送方向下流側に設けられた水分調整
装置15の穴明き回転ドラム51の内部を吸引ファンで吸引して、穴の明いた外周面に印
刷済の印刷媒体2を吸着し、その印刷面を加熱装置21の発熱装置52で加熱すると、印
刷面のインク溶媒の水分を水蒸気化し、その水蒸気が印刷面と反対側の面に移動して印刷
面とその反対側の面の水分の差が小さくなって乾燥後のカールが防止される。また、穴明
き回転ドラム51が半回転した時点で吸引を停止して印刷媒体2をはがせば印刷媒体2の
印刷面が下向きになって反転する。
【選択図】図1

Description

本発明は、例えば複数色の液体インクの微小なインク滴を複数のノズルから吐出してそ
の微粒子(インクドット)を印刷媒体上に形成することにより、所定の文字や画像を描画
するようにしたインクジェットプリンタに関するものである。
このようなインクジェットプリンタは、一般に安価で且つ高品質のカラー印刷物が容易
に得られることから、パーソナルコンピュータやデジタルカメラなどの普及に伴い、オフ
ィスのみならず一般ユーザにも広く普及してきている。
このようなインクジェットプリンタは、一般に、インクカートリッジと印字ヘッド(イ
ンクジェットヘッドともいう)とが一体的に備えられたキャリッジなどと称される移動体
が印刷媒体上をその搬送方向と交差する方向に往復しながらその印字ヘッドのノズルから
液体インク滴を吐出(噴射)して印刷媒体上に微小なインクドットを形成することで、当
該印刷媒体上に所定の文字や画像を描画して所望の印刷物を作成するようになっている。
そして、このキャリッジに黒色(ブラック)を含めた4色(イエロー、マゼンタ、シアン
)のインクカートリッジと各色毎の印字ヘッドを備えることで、モノクロ印刷のみならず
、各色を組み合わせたフルカラー印刷も容易に行えるようになっている(更に、これらの
各色に、ライトシアンやライトマゼンタなどを加えた6色や7色、或いは8色のものも実
用化されている)。
また、このようにキャリッジ上のインクジェットヘッドを印刷媒体搬送方向と交差する
方向(印刷媒体の幅方向)に往復させながら印刷を実行するようにしたタイプのインクジ
ェットプリンタでは、1頁全体をきれいに印刷するためにインクジェットヘッドを数十回
から100回以上も往復運動させる必要がある。これに対し、印刷用紙の幅と同じ寸法の
長尺のインクジェットヘッドを配置してキャリッジを使用しないタイプのインクジェット
プリンタでは、インクジェットヘッドを印刷用紙の幅方向に移動させる必要がなく、所謂
1パスでの印刷が可能となるため、電子写真式プリンタと同様な高速な印刷が可能となる
。なお、前者方式のインクジェットプリンタを一般に「マルチパス型インクジェットプリ
ンタ」、後者方式のインクジェットプリンタを一般に「ラインヘッド型インクジェットプ
リンタ」と呼んでいる。
ところで、インクジェットプリンタに水系のインクを用いる場合、印刷後の印刷媒体の
湾曲、所謂カールが問題になる。このようなカールを防止するために、例えば下記特許文
献1に挙げるインクジェットプリンタでは、印刷直後の印刷媒体の印刷面の反対側の面に
カール防止液を塗布した後、その印刷媒体を、上下に熱源を配設したヒートロール加熱器
内に通過させて乾燥を促すようにしている。また、下記特許文献2に挙げるインクジェッ
トプリンタでは、印刷媒体を搬送するロールの内部に、加熱や超音波振動による蒸気発生
装置を設け、このロールの表面から印刷媒体の印刷面と反対側の面に蒸気を付加すること
でカールを防止するようにしている。更に、下記特許文献3に挙げるインクジェットプリ
ンタでは、前記特許文献2のインクジェットプリンタに加えて、印刷環境の湿度を検出し
、環境湿度に応じて発生する蒸気量をコントロールする技術が記載されている。
特開平10−151733号公報 特開2005−178251号公報 特開2005−178252号公報
しかしながら、前記特許文献1〜3に記載されるインクジェットプリンタでは、印刷に
必要なインク以外にカール防止液や蒸気も印刷媒体に付加されることから、乾燥に時間が
かかり、加熱に必要なエネルギーの消費量が多い。また、印刷状態によってはカールしな
い印刷媒体もあるのに対し、全ての印刷媒体にカール防止液や蒸気を付加し、更に乾燥さ
せるという点でもエネルギーの無駄が多い。また、両面印刷では、片面印刷時の印刷媒体
のカールが反対側の面の印刷に支障を来すため、片面印刷終了時に速やかにカールを防止
する必要がある。また、両面印刷に関連して、ラインヘッド型インクジェットプリンタを
用いて高速両面印刷を行ったり、例えばラインヘッド型インクジェットプリンタで高速印
刷された印刷媒体をページ順に並べて排紙したりするためには、印刷媒体を反転しなけれ
ばならないが、印刷済の印刷媒体を高速且つ円滑に反転させるシステムがない。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、エネルギーの消費量を
抑制しながら印刷媒体のカールを防止すると共に、印刷済の印刷媒体を高速且つ円滑に反
転可能なインクジェットプリンタを提供することを目的とするものである。
[発明1]上記課題を解決するために、発明1に係るインクジェットプリンタは、印刷
媒体を所定方向に搬送すると共に、搬送される印刷媒体の印刷面にインクジェットヘッド
のノズルから水系のインク滴を吐出して印刷を行うインクジェットプリンタにおいて、前
記インクジェットヘッドの印刷媒体搬送方向下流側に設けられ且つインクジェットヘッド
からインク滴が吐出された印刷媒体の印刷面の水分を当該印刷面と反対側の面に移動させ
て当該印刷媒体の水分を調整する水分調整手段を備え、前記水分調整手段は、印刷媒体を
吸着して回転する回転ドラムを備えたことを特徴とするものである。
本発明者は、印刷媒体のカールについて鋭意検討を重ねた結果、以下の知見を得た。即
ち、印刷媒体のカールには、インク滴が吐出されたときのカール、つまり印刷直後のカー
ルと、そのインク滴が乾燥した後に発生するカール、つまりインク乾燥後のカールの二種
類があり、一般に、二つのカールの向きは逆になる。また、カールの向きは、印刷媒体を
構成するセルロース繊維の向きに依存する。そして、印刷媒体のカールを防止するのに効
果的なのは、インク滴が吐出された印刷面とその反対側の面との水分の差を少なくするこ
とである。一方、一枚の印刷媒体に吐出されるインクの量が少ない場合には、カールその
ものが発生しない。
この発明1に係るインクジェットプリンタによれば、インクジェットヘッドからインク
滴が吐出された印刷媒体の印刷面の水分を当該印刷面と反対側の面に移動させて当該印刷
媒体の水分を調整する水分調整手段をインクジェットヘッドの印刷媒体搬送方向下流側に
設け、その水分調整手段が、印刷媒体を吸着して回転する回転ドラムを備えた構成とした
ため、例えば水分調整手段は印刷媒体の印刷面とその反対側の面との水分の差が少なくな
るように調整するものとし、インク滴を吐出するノズル数の全ノズル数に対する比率が所
定比率以上のときに、即ち一枚の印刷媒体に吐出されるインクの量が多いときに水分調整
手段によって印刷媒体の水分を調整するようにすれば、エネルギーの消費量を抑制しなが
ら印刷媒体のカールを防止することが可能となると共に、印刷媒体を回転ドラムに吸着す
る際、印刷媒体の印刷面で発生したインク溶媒の水蒸気を印刷面と反対側の面に向けて吸
引すれば、印刷媒体の印刷面とその反対側の面との水分の差を少なくすることができ、更
に印刷媒体を吸着した回転ドラムが半回転した時点で当該印刷媒体を取り外せば、印刷媒
体を高速且つ円滑に反転させることができる。
[発明2]また、発明2に係るインクジェットプリンタは、前記発明1のインクジェッ
トプリンタにおいて、前記水分調整手段は、インクジェットヘッドからインク滴が吐出さ
れた印刷媒体の印刷面とその反対側の面の水分の差を小さくするものであることを特徴と
するものである。
この発明2に係るインクジェットプリンタによれば、水分調整手段は、インクジェット
ヘッドからインク滴が吐出された印刷媒体の印刷面とその反対側の面の水分の差を小さく
するものとしたため、印刷媒体のカールを効果的に防止することができる。
[発明3]また、発明3に係るインクジェットプリンタは、前記発明2のインクジェッ
トプリンタにおいて、前記水分調整手段は、インクジェットヘッドからインク滴が吐出さ
れた印刷媒体の印刷面を加熱する加熱手段を備え、前記回転ドラムの外周面に穴を設けて
、当該回転ドラムを印刷媒体の印刷面からその反対側の面に向けて空気の流れを生成する
吸引手段とすると共に、前記加熱手段を、前記回転ドラムからなる吸引手段の外周の外側
に配設したことを特徴とするものである。
この発明3に係るインクジェットプリンタによれば、回転ドラムからなる吸引手段の外
周の外側に配設した加熱手段でインクジェットヘッドからインク滴が吐出された印刷媒体
の印刷面を加熱すると共に、回転ドラムの外周面に穴を設けて、印刷媒体の印刷面からそ
の反対側の面に向けて空気の流れを生成する構成としたため、印刷媒体の印刷面側で加熱
によって発生したインクの水蒸気は、印刷媒体の内部を通って印刷面と反対側の面に向け
て移動し、その結果、印刷媒体の印刷面とその反対側の面の水分の差が効果的に小さくな
る。
[発明4]また、発明4に係るインクジェットプリンタは、前記発明1乃至3のインク
ジェットプリンタにおいて、インクジェットヘッドからインク滴を吐出するノズル数の全
ノズル数に対する比率に応じて前記水分調整手段による印刷媒体の水分調整を制御する水
分調整制御手段を備え、インク滴吐出ノズル数の全ノズル数に対する比率のうち、印刷済
の印刷媒体が乾燥する際に当該印刷媒体がカールする比率の最小値を所定比率とした場合
、前記水分調整制御手段は、インク滴吐出ノズル数の全ノズル数に対する比率が所定比率
以上であるときに水分調整手段による印刷媒体の水分調整を行うことを特徴とするもので
ある。
この発明4に係るインクジェットプリンタによれば、インクジェットヘッドからインク
滴を吐出するノズル数の全ノズル数に対する比率に応じて水分調整手段による印刷媒体の
水分調整を制御するにあたり、インク滴吐出ノズル数の全ノズル数に対する比率のうち、
印刷済の印刷媒体が乾燥する際に当該印刷媒体がカールする比率の最小値を所定比率とし
た場合、インク滴吐出ノズル数の全ノズル数に対する比率が所定比率以上であるときに水
分調整手段による印刷媒体の水分調整を行う構成としたため、乾燥後のカールを確実に防
止しながら消費エネルギーを確実に抑制することができる。
次に、本発明のインクジェットプリンタの第1実施形態について図面を参照しながら説
明する。
図1は、本実施形態のインクジェットプリンタの概略構成を示す正面図である。図中の
符号1は、印刷媒体2を搬送するための搬送ベルトである。また、搬送ベルト1は、ポリ
イミド、ポリカーボネイト、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、ETFE(テトラフル
オロエチレン・エチレン共重合体)、PPFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロ
アルキルビニルエーテル共重合体)、FEP(テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロ
アルキルビニルエーテル共重合体)、PCTFE(ポリクロロトリフルオロエチレン)、
及びこれらの材質とエラストマーとの混合物などが適しており、これらの材質の単層のベ
ルトでも、これらの材料を2層にして、カーボンなどの導電性材料を添加して電気抵抗を
調整したベルトでもよい。
この搬送ベルト1は、図の中央部に配設された駆動ローラ3と、図の右端部に配設され
た従動ローラ4と、それらの中央部下方に配設されたテンションローラ5とに巻回されて
いる。駆動ローラ3は、図示しない搬送ベルトモータによって図の矢印方向に回転駆動さ
れ、後述する帯電ローラで帯電された搬送ベルト1に印刷媒体2を静電吸着した状態で、
当該印刷媒体2を図の右方から左方に、つまり矢印方向に搬送する。なお、駆動ローラ3
は、搬送ベルト1の電荷を徐電するために接地されている。従動ローラ4は、後述する帯
電ローラの当接部分との間に搬送ベルト1を挟持して電圧を印加するために接地されてい
る。テンションローラ5は、図示しないバネによって下方に付勢されており、これにより
搬送ベルト1に張力を付与している。なお、図中の符号6は、後述するインクジェットヘ
ッドから吐出されるインクのミストなどで汚損した搬送ベルト1を清浄にするベルトクリ
ーナであり、例えばフェルトなどで作成されたローラからなる。
搬送ベルト1には、従動ローラ4に対向するようにして、帯電手段としての帯電ローラ
7が当接されており、帯電ローラ7には高圧電源8が接続されている。この帯電ローラ7
の配置は、印刷媒体2の給紙位置の直前に相当する。従って、この帯電ローラ7に例えば
所定の周期で極性が反転する電位の電流を付与すると、搬送ベルト1の表面が搬送方向に
沿って交互に逆極性の電位に帯電(縞状帯電)され、夫々の電荷によって印刷媒体2に誘
電分極を発生させ、その誘電分極による印刷媒体2の電荷と搬送ベルト1の表面の電荷及
び隣り合う搬送ベルト1の表面の電荷と印刷媒体2の電荷とを含む閉回路を構成して静電
気力が発生し、印刷媒体2を搬送ベルト1の表面に吸着する。なお、帯電パターンは、印
刷媒体2搬送方向に交互な縞状以外にも、例えば印刷媒体2搬送方向と交差方向に交互な
縞状や、市松状などであってもよい。また、同一極性の電位、即ちDC帯電としてもよい
従動ローラ4の上方には、紙押えローラ9が配設されている。この紙押えローラ9は、
図示しないバネによって下方に付勢されており、給紙部10から給紙された印刷媒体2を
従動ローラ4上の搬送ベルト1に押付ける機能を有する。前述したように、帯電した搬送
ベルト1の外周面に印刷媒体2を搭載し、紙押えローラ9で印刷媒体2を搬送ベルト1に
押付けると静電気力によって印刷媒体2は搬送ベルト1の外周面に吸着される。また、搬
送ベルト1の印刷媒体2搬送方向下流側には水分調整装置15が配設され、この水分調整
装置15の印刷媒体2搬送方向下流側には印刷媒体2を排紙する排紙部14が設けられ、
印刷領域で印刷され且つ水分調整装置15で水分調整された印刷媒体2を排紙する。なお
、後述するように水分調整装置15の印刷媒体2搬送方向上流側には印刷媒体2を検出す
る第1光学センサ16が配設され、水分調整装置15の印刷媒体2搬送方向下流側には印
刷媒体2を検出する第2光学センサ17が配設されている。
図1の符号11は、ライン型のインクジェットヘッドである。このインクジェットヘッ
ド11は、イエロー(Y)、マゼンダ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の4色の各
色毎に、印刷媒体2の搬送方向にずらして配設されている。各インクジェットヘッド11
には、Y、M、C、Kの各色のインクカートリッジ12からインク供給チューブを介して
インクが供給される。各インクジェットヘッド11には、印刷媒体2の搬送方向と交差す
る方向に、複数のノズルが形成されており、それらのノズルから同時に必要箇所に必要量
のインク滴を吐出することにより、印刷媒体2上に微小なインクドットを形成出力する。
これを各色毎に行うことにより、搬送ベルト1に吸着された印刷媒体2を一度通過させる
だけで、所謂ワンパスによる印刷を行うことができる。即ち、このインクジェットヘッド
11の配設領域が印字領域に相当する。
インクジェットヘッドの各ノズルからインクを吐出出力する方法としては、静電方式、
ピエゾ方式、膜沸騰インクジェット方式などがある。静電方式は、アクチュエータである
静電ギャップに駆動信号を与えると、キャビティ内の振動板が変位してキャビティ内に圧
力変化を生じ、その圧力変化によってインク滴がノズルから吐出出力されるというもので
ある。ピエゾ方式は、アクチュエータであるピエゾ素子に駆動信号を与えると、キャビテ
ィ内の振動板が変位してキャビティ内に圧力変化を生じ、その圧力変化によってインク滴
がノズルから吐出出力されるというものである。膜沸騰インクジェット方式は、キャビテ
ィ内に微小ヒータがあり、瞬間的に300℃以上に加熱されてインクが膜沸騰状態となっ
て気泡が生成し、その圧力変化によってインク滴がノズルから吐出出力されるというもの
である。本発明は、何れのインク出力方法も適用可能である。なお、インクは水系を前提
とする。
印刷領域を構成するインクジェットヘッド11の下方で且つ巻回される搬送ベルト1の
内部には、インクジェットヘッド11に設けられているノズルを回復するためのクリーニ
ングユニット13が設けられている。このクリーニングユニット13は、各インクジェッ
トヘッド11のノズル面を気密に覆うことができるキャップを備え、そのキャップの底に
はインク吸収体が配設されると共に、チューブポンプのような負圧発生手段が接続されて
おり、図示しない昇降手段によって上下方向に昇降する。
前述のようなライン型のインクジェットヘッド11を備えたインクジェットプリンタで
は、インク切れ、気泡の発生、目詰まり(乾燥)、紙粉付着などの原因によって、インク
ジェットヘッド11のノズルからインク滴が吐出すべきときに吐出しないというインク滴
の吐出異常(不吐出)、所謂ドット抜け現象を生じることがある。紙粉とは、木材パルプ
を原料とする印刷媒体がローラなどと摩擦接触した際に発生し易く、印刷媒体の一部から
なり、繊維状又はその集合体のものを意味する。本実施形態では、必要に応じてクリーニ
ングユニット13によるクリーニング或いはフラッシングを行う。
例えば、クリーニングユニット13のキャップを昇降手段によって上昇させてインクジ
ェットヘッド11のノズル面に密着し、その状態で負圧発生手段によってキャップ内を負
圧状態とすると、ノズルからインクが吸引されてキャップ内に溜まる。このキャップ内に
溜まったインクを負圧発生手段によって吸引して、例えば図示しない廃インクタンクに排
出することでノズルが回復する。このようなノズル回復方法をクリーニングと称す。一方
、吸引を行わず、インク滴だけを予備吐出するだけでもノズルが回復することもある。こ
のようなノズル回復方法をフラッシングと称す。
なお、フラッシング時には、クリーニングユニット13のキャップをインクジェットヘ
ッド11のノズル面に密着させる必要がないので、当該キャップを上昇させずにフラッシ
ングを行う。つまり、インクジェットヘッド11のノズル面とクリーニングユニット13
のキャップとは、正面視において、搬送ベルト1を挟んだ位置にある。そのため、搬送ベ
ルト1には、インクジェットヘッド11のノズルから吐出されるインクをクリーニングユ
ニット13のキャップに向けて通過させるためのノズル回復用開口部が開設されている。
このノズル回復用開口部は、搬送ベルト1が一周する間に所定のタイミングでインクジェ
ットヘッド11に対向し、且つ例えば千鳥状に配設されている複数のインクジェットヘッ
ド11全てに対して同時に対向する位置に形成されている。従って、搬送ベルト1が一周
する間の所定のタイミングで目詰まり予防吐出を行えば全てのノズルのノズル回復処理を
同時に行うことができる。
図2には、水分調整装置15の全体構成を示す。本実施形態の水分調整装置15は、印
刷媒体2の印刷面側に加熱装置21が配設され、その反対側に吸引装置22が配設されて
いる。本実施形態の吸引装置22は、外周面に穴が形成された穴明き回転ドラム51で構
成され、穴明き回転ドラム51の上端部は印刷媒体搬送ラインに一致する。この穴明き回
転ドラム51は、外周面を構成する穴明き円筒部材51aと、筒状の吸引軸77に被嵌さ
れた筒状の穴明き回転軸部材51bと、軸線方向両端部で穴明き回転軸部材51bと穴明
き円筒部材51aとを連結する複数本のスポーク部材51cと、軸線方向両端部を覆うフ
ランジ部材51dとで構成され、穴明き回転ドラム51の軸線方向両端部の内側では、筒
状の吸引軸77の周壁にも、後述する発熱装置に対向する部分に複数の穴(図示せず)が
開設されており、吸引軸77の一方の端部は閉塞され、他方の端部は図示しない吸引ファ
ンに接続されている。また、穴明き回転ドラム25の内側には、後述する加熱装置25に
対向する部分とそれ以外の部分とを間仕切りする遮蔽板78が吸引軸77に固定されてい
る。また、穴明き回転ドラム51の回転軸51bは図示しないドラムモータに接続されて
いる。
一方、前記穴明き回転ドラム25の外周面に対し、図1或いは図2aの図示左半分を覆
うように、その外側に加熱装置21を構成する発熱装置52が配設されている。また、発
熱装置52の印刷媒体搬送方向上流側には第1光学センサ16が配設され、発熱装置52
の印刷媒体搬送方向下流側には第2光学センサ17が配設され、発熱装置52の内側には
温度センサ71が配設されている。また、印刷領域から印刷媒体2を排出する搬送ベルト
1と穴明き回転ドラム51との間には、両者間の印刷媒体2の乗り移りを円滑にする乗り
移り部材76が配設されている。
従って、吸引ファンを駆動すると吸引軸77、穴明き回転ドラム51の内部を通って、
穴明き回転ドラム51の外周面と加熱装置21の発熱装置52の内側面とで挟まれた部分
の空気が吸引され、吸引された空気は外部から補充される。従って、搬送ベルト1から乗
り移り部材76を介して穴明き回転ドラム51の外周面に搬送された印刷媒体2は、印刷
面と反対側の面が穴明き回転ドラム51の外周面に吸着される。この状態で、穴明き回転
ドラム51を、図1或いは図2bの矢印方向にドラムモータで回転すれば、印刷媒体2は
印刷媒体搬送ラインから穴明き回転ドラム51の外周面に吸着された状態で半回転し、穴
明き回転ドラム51の下方の排出部14に搬送される。この排出部14位置まで印刷媒体
2が穴明き回転ドラム51の外周面に吸着されて搬送されると、遮蔽板78によって空気
の流れが遮蔽されるため、印刷媒体2は穴明き回転ドラム51の外周面からはがれて排出
部14に排紙される。このとき、印刷媒体2の印刷面は下向きになっており、所謂反転排
紙(フェイスダウン排紙とも言う)が可能となる。もし、この反転排紙部分に次の印刷媒
体搬送ラインを形成すれば、印刷済の印刷面と反対側の面への印刷、つまり両面印刷も可
能となる。
穴明き回転ドラム51の外周面に吸着されて回転搬送される印刷部材2の印刷面は、加
熱装置21の発熱装置52で加熱される。加熱された印刷媒体2の印刷済印刷面では水系
インクの溶媒である水分が水蒸気化し、その水蒸気は印刷媒体2の内部を通って印刷面と
反対側の面に移動し、更にそこから穴明き回転ドラム51の穴を通って吸引装置22に吸
引される。その結果、印刷媒体2の印刷面とその反対側の面の水分の差が小さくなって、
後述の永久カールが防止される。
図3は、本実施形態のインクジェットプリンタとそれを駆動するためのホストコンピュ
ータ60とを表している。ホストコンピュータ60は、パーソナルコンピュータやデジタ
ルスチルカメラを始め、あらゆるコンピュータシステムが適用可能である。インクジェッ
トプリンタ内には、自身を駆動するための駆動回路やセンサ出力を読込むための検出回路
が構築されており、この駆動回路や検出回路を用いてインクジェットプリンタを駆動する
、つまり印刷やクリーニング、フラッシング、印刷媒体の水分調整などを行う。
インクジェットプリンタを駆動制御するための制御部31内には、演算処理装置として
のコンピュータシステムが内装されている。従って、制御部31は、各種制御や演算処理
を担う中央演算処理装置であるCPU32と、主記憶装置を構成するRAMや読み出し専
用の記憶装置であるROM等のメモリ33を備えている。駆動回路としては、インクジェ
ットヘッド11を駆動するインクジェットヘッド駆動回路35、高圧電源8を制御する高
圧電源制御回路36、搬送ベルト1を駆動するための搬送ベルトモータ34を駆動する搬
送ベルト駆動回路37、クリーニングユニット13を駆動するためのクリーニングモータ
38を駆動するクリーニングユニット駆動回路39、穴明き回転ドラム51を駆動するた
めのドラムモータ79を駆動するドラムモータ駆動回路80、吸引ファンを駆動するため
のファンモータ42を駆動するファンモータ駆動回路43などを備える。また、検出回路
としては、第1及び第2光学センサ16、17により印刷媒体2の搬送異常、所謂紙ジャ
ムを検出する印刷媒体検出回路45などを備える。また、加熱装置21の発熱装置52を
温度センサ71の検出温度に基づいて制御する発熱装置制御回路44なども備える。そし
て、制御部31は、インタフェース46を介してホストコンピュータ60に接続されてお
り、操作パネル47の操作状態及びホストコンピュータ60で演算処理されるプログラム
の指令に従って印刷やクリーニング、フラッシングなどを行う。また、印刷やクリーニン
グに伴う各種の情報を表示パネル48に表示する。
次に、制御部31並びに水分調整装置15で行われる印刷媒体2のカール防止について
説明する。始めに、印刷媒体2のカールの種類とその主原因について説明する。水系イン
クを使用するラインヘッド型インクジェットプリンタでは、インク受容層のない普通紙系
の印刷媒体2上に短時間でインク滴が吐出されるため、印刷媒体2を構成するセルロース
繊維がインクの溶媒である水を吸収して膨潤する。そのため、図4a、bに示すように印
刷直後にカールが発生する。これを排紙カールと定義する。排紙カールの度合いは、単位
面積当たりに吐出されたインク量が多いとカールの度合いが大きくなる。また、排紙カー
ルの度合いは、印刷媒体の種類にも依存する。また、印刷媒体2の印刷面全面に印刷した
場合には排紙カールは印刷媒体2全面に発生し、部分的に印刷した場合には部分的に発生
する。更に、排紙カールの向きは、普通紙系の印刷媒体の製造工程における紙漉の方向(
マシンディレクション方向とも言う)に関わっており、印刷が縦方向か横方向かには関係
していない。
この排紙カールの生じた印刷媒体を平板の上にそっと室温で放置しておくと、10秒〜
3分程度で排紙カールが収まり、平らになってくる。更に、時間が経過するにつれて、イ
ンク中の溶媒である水が蒸発していく過程で、排紙カールと反対側にカールしていき、水
分の乾燥が雰囲気とほぼ平衡状態となる24時間経過後には、図5a、bに示すように排
紙カールと反対のカールが発生する。このカールを永久カールと定義する。この永久カー
ルの発生理由は、セルロース繊維同士の相対的な位置の変化などが関与しているが、その
点については後段に詳述する。
このようなカールが印刷媒体の加熱によって改善されるか否かを試験で確認した。加熱
装置としてハロゲンランプを内蔵する加熱ローラを用い、この加熱ローラとでニップを形
成するための加圧ローラを所定の荷重で対向させ、両者の間に印刷媒体を種々の速度で搬
送してカールがどのように改善されるか試験した。試験は、インクジェットヘッドで所謂
黒ベタ印刷した印刷媒体に対し、加熱ローラの温度と搬送速度とを種々に変化させて行っ
た。試験結果を表1に示す。
Figure 2008100458
この試験から、ゆっくり加熱すれば、排紙カールも永久カールも改善されることが分か
った。
また、乾燥過程における印刷媒体の印刷面とその反対側の面の水分率の変化を電気式水
分率測定器(株式会社サンコウ電子研究所製 水分計 MR−300、プローブKG−P
A、水分率測定範囲:3.5〜40%)で測定した。測定結果を図6a、bに示す。測定
環境は、温度25℃、湿度51%であり、初期(印刷前)の印刷媒体の水分率は表裏面、
即ち印刷面もその反対側の面も5.0%であった。図6aは、黒ベタのパターンをインク
ジェットヘッドで印刷した後、室温で放置して乾燥させ、印刷媒体の表裏面、即ち印刷面
とその反対側の面の水分率を測定したものであり、印刷直後の印刷面の水分率は14.6
%、反対側の面の水分率は10.6%であり、30秒後には両者の水分率が近づくものの
、常に約0.6〜1.0%の差が生じている。図6bは、同じく黒ベタのパターンをイン
クジェットヘッドで印刷した後、80℃の加熱ローラと加圧ローラとの間に搬送して乾燥
させ、その後、印刷媒体の表裏面、即ち印刷面とその反対側の面の水分率を測定したもの
である。こちらは、加熱ローラを通過した直後から、両面の水分率の差は0.5%以下で
あった。
これらの試験結果によれば、印刷面とその反対側の面の水分率の差が小さいと永久カー
ルが小さくなり、印刷面とその反対側の面の水分率の差が大きいと永久カールも大きくな
ると考えられる。その理由は、以下のように説明することができる。即ち、印刷媒体の印
刷面にインク滴が吐出され、インクが印刷媒体の印刷面に浸透する。その浸透する深さは
、吐出される単位面積当たりのインク量に依存するが、例えば印刷媒体を64g/m2
普通紙とした場合、印刷媒体の厚さの約20〜80%程度である。印刷媒体を主に構成す
るセルロース繊維は、インクの溶媒である水を吸収して膨潤し、印刷前のセルロース繊維
表面の水素結合などが解放され、セルロース繊維同士の相対的な位置が変化する。セルロ
ース繊維の膨潤は、セルロース繊維の長さ方向と幅方向の比が約1:20になる。つまり
、長さ方向に対して幅方向の変化が著しい。印刷媒体のセルロース繊維の配向は概ね均等
であるが、製紙の過程でマシンディレクション方向にやや配向している。その結果として
、マシンディレクション方向と直交するクロスマシンディレクション方向に膨潤すること
で、排紙カールは印刷面側にカールする。排紙カールは、印刷媒体の厚さが薄いほど、大
きい。なお、印刷媒体の印刷面にインク受容層などが塗工されている場合には排紙カール
は低減する。
その後、主に印刷媒体の印刷面からインクの溶媒である水分が蒸発してセルロース繊維
の膨潤が少し低減し、排紙カールのカール量が減少する。更に、水分が蒸発するに従って
セルロース繊維の膨潤は減少し、セルロース繊維同士の相対的な位置が再度変化する。印
刷媒体に含まれる水分量は、最終的には周囲の空気に含まれる水分を平衡状態に達すると
ころで落ち着く。この乾燥過程で、セルロース繊維同士の位置は、より充填密度が高くな
るように落ち着くため、印刷前の状態より印刷面が収縮し、印刷面と反対側にカールする
。著しい永久カールでは、印刷媒体が筒状にカールし、商品価値が著しく低下する。
試験に供された印刷媒体のうち、加熱ローラと加圧ローラとで挟まれた部分では、イン
クの溶媒である水分が加熱され、その一部が水蒸気に代わり、印刷媒体の印刷面と反対側
の面まで浸透する。気体の分子量をM、気体定数をR、絶対温度をTとすると、気体の平
均移動速度Vは、V=(RT/M)1/2と表される。例えば、水蒸気の平均移動速度は、
20℃で368(m/sec)、40℃で380(m/sec)、60℃で392(m/sec)であり
、水が液体で移動する速度に比べ、気体である水蒸気の移動速度は格段に速い。
前述したように、排紙カールも永久カールも、印刷媒体の印刷面とその反対側の面の水
分の差が原因であるから、印刷後、印刷面を加熱してインクの溶媒である水分を水蒸気化
し、更にその水蒸気が印刷面と反対側の面にまで浸透するのを促すという方法でカールを
改善できる。しかしながら、ラインヘッド型インクジェットプリンタにおける実際の印刷
媒体搬送速度は10mm/secよりかなり速いので、単に加熱ローラと加圧ローラとで印刷媒
体を挟み付けて搬送するだけでは、カール改善には不十分である。
そこで、図2に示すように、印刷直後の印刷媒体2の印刷面を水分調整装置15の加熱
装置21の発熱装置51で加熱すると同時に、水分調整装置15の穴明き回転ドラム51
からなる吸引装置22で負圧を生成して印刷媒体2自体を下側穴明き搬送ベルト24側に
吸引し、穴明き回転ドラム51に吸着する。印刷後の印刷媒体2は、印刷面側から加熱さ
れるのでインクの溶媒である水分が水蒸気に変わって移動し易くなり、印刷媒体2から空
気中に放出された水蒸気は穴明き回転ドラム51の外周面の穴から吸引ファンによって排
出され、印刷媒体2中に残存する水蒸気は印刷媒体2内を通って印刷面と反対側の面に移
動する。これらの結果、印刷媒体の印刷面とその反対側の面の水分の差が小さくなり、セ
ルロース繊維の膨潤の程度も、膨潤したセルロース繊維の収縮の程度が小さくなるため、
排紙カールも永久カールも小さくなる。なお、発熱装置52には、電熱ヒータ、セラミッ
クヒータ、ハロゲンランプなどが適しており、印刷媒体2の印刷面の温度が40〜100
℃程度になるように温度センサ71を用いて発熱量を制御する。ちなみに、印刷面と反対
側の面に水分を付加する前記特許文献1〜3のインクジェットプリンタでは、印刷媒体全
体の水分が多くなりすぎて乾燥に時間がかかりすぎ、前述したような高速印刷に対応でき
ない。
次に、インク滴吐出ノズル数の全ノズル数に対する比率(以下、印刷率とも記す)につ
いて説明する。まず始めに、印刷解像度や印刷媒体に応じて、所謂ベタ印刷となる基本の
インク滴を設定する。例えば、印刷解像度が縦360dpi、横360dpiであり、イ
ンク受容層のない普通紙を印刷媒体とし、インクが顔料インクである場合に、インク滴の
重量X(ng)を全ノズルから吐出したとして、印刷媒体の印刷面が全面印刷される、所
謂ベタ印刷されるインク滴重量X(ng)の最小状態を印刷率100%と定義する。例え
ば、本実施形態のように4色印刷で印刷率を100%にするには、各色の印刷率を25%
にして合計で100%としてもよいし、イエロー30%、マゼンタ20%、シアン30%
、ブラック20%で合計100%としてもよい。インク滴の大きさを制御できるインクジ
ェットヘッドにあって、例えば大型のLドットはX(ng)、中型のMドットは2X/3
(ng)、小型のSドットはX/3(ng)のように設定されている場合には、全ドット
をMドットで印刷すると印刷率は100×2/3=66.7%となり、全ドットをSドッ
トで印刷すると印刷率は100×1/3=33.3%となる。なお、許容される印刷率は
、印刷媒体やインクの種類、両面印刷をするかしないかなどによっても異なるが、片面印
刷の場合、一般的には印刷率100〜200%程度の印刷が可能である。但し、許容され
る印刷率は、印刷品質の判断によって変わるので、インクジェットプリンタによって変わ
ることもある。
この印刷率の概念を用いて、まず片面印刷で永久カールが発生する印刷率の最小値を試
験によって求めた。その結果、印刷率40%未満では凡そ永久カールは発生せず、印刷率
40%以上で凡そ永久カールが発生した。ここで、「凡そ」と表現したのは、同じ印刷率
でも、印刷媒体の全面に平均的に印刷した場合と、局所的に集中して印刷した場合とで、
永久カールの発生状態が異なるためである。そこで、下記表2に示すように、水分調整装
置15を用いて、片面印刷の印刷率が40%以上のときに水分調整を行うことにより永久
カールを防止できるようになった。
Figure 2008100458
次に、両面印刷で永久カールが発生する印刷率の最小値を試験によって求めた。その結
果、表面、裏面とも、印刷率40%未満の場合には凡そ永久カールは発生せず、表面、裏
面の何れか一方又は双方の印刷率が40%以上の場合に凡そ永久カールが発生した。「凡
そ」の理由は前述の通りである。そこで、下記表3に示すように、水分調整装置15を用
いて、両面印刷の何れか一方の面の印刷率が40%以上のとき及び双方の面の印刷率が4
0%以上のとき、該当する印刷率の面に対して水分調整を行うことで永久カールを防止で
きるようになった。
Figure 2008100458
そこで、本実施形態では、前記制御部31によって、印刷率が40%以上の印刷面に対
し、水分調整装置15による水分調整を行う。また、水分調整装置15内の印刷媒体搬送
異常、所謂紙ジャムに対しては、第1光学センサ16と第2光学センサ17との間の印刷
媒体通過所要時間を監視し、当該通過所要時間が所定時間以上となったら紙ジャムと判断
して発熱装置25による加熱を停止する。
このように、本実施形態のインクジェットプリンタによれば、インクジェットヘッド1
1からインク滴が吐出された印刷媒体2の印刷面の水分を当該印刷面と反対側の面に移動
させて当該印刷媒体2の水分を調整する水分調整装置15をインクジェットヘッド11の
印刷媒体搬送方向下流側に設け、その水分調整手装置15が、印刷媒体2を吸着して回転
する穴明き回転ドラム51を備えたこととしたため、例えば水分調整装置15は印刷媒体
2の印刷面とその反対側の面との水分の差が少なくなるように調整するものとし、インク
滴を吐出するノズル数の全ノズル数に対する比率が所定比率以上のときに、即ち一枚の印
刷媒体2に吐出されるインクの量が多いときに水分調整装置15によって印刷媒体2の水
分を調整するようにすれば、エネルギーの消費量を抑制しながら印刷媒体2のカールを防
止することが可能となると共に、印刷媒体2を穴明き回転ドラム51に吸着する際、印刷
媒体2の印刷面で発生したインク溶媒の水蒸気を印刷面と反対側の面に向けて吸引すれば
、印刷媒体2の印刷面とその反対側の面との水分の差を少なくすることができ、更に印刷
媒体2を吸着した回転ドラム51が半回転した時点で当該印刷媒体2を取り外せば、印刷
媒体2を高速且つ円滑に反転させることができる。
また、水分調整装置15は、インクジェットヘッド11からインク滴が吐出された印刷
媒体の印刷面とその反対側の面の水分の差を小さくするものとしたため、印刷媒体のカー
ルを効果的に防止することができる。
また、穴明き回転ドラム51からなる吸引装置22の外周の外側に配設した加熱装置2
1でインクジェットヘッド11からインク滴が吐出された印刷媒体2の印刷面を加熱する
と共に、穴明き回転ドラム51の外周面に穴を設けて、印刷媒体2の印刷面からその反対
側の面に向けて空気の流れを生成することとしたため、印刷媒体2の印刷面側で加熱によ
って発生したインクの水蒸気は、印刷媒体2の内部を通って印刷面と反対側の面に向けて
移動し、その結果、印刷媒体2の印刷面とその反対側の面の水分の差が効果的に小さくな
る。
また、インクジェットヘッド11からインク滴を吐出するノズル数の全ノズル数に対す
る比率に応じて水分調整装置15による印刷媒体2の水分調整を制御するにあたり、イン
ク滴吐出ノズル数の全ノズル数に対する比率のうち、印刷済の印刷媒体2が乾燥する際に
当該印刷媒体2がカールする比率の最小値を所定比率とした場合、インク滴吐出ノズル数
の全ノズル数に対する比率が所定比率以上であるときに水分調整装置15による印刷媒体
2の水分調整を行う構成としたため、乾燥後のカールを確実に防止しながら消費エネルギ
ーを確実に抑制することができる。
次に、本発明のインクジェットプリンタの第2実施形態について説明する。図7は、本
実施形態のインクジェットプリンタの概略構成を示す正面図であり、前記第1実施形態の
図1のインクジェットプリンタと同等の構成部材が多い。そのため、同等の構成部材には
同等の符号を附して、その詳細な説明を省略する。
本実施形態では、前記第1実施形態に対して、水分調整装置15の印刷媒体搬送方向下
流側に第2インクジェットヘッド111が設けられ、更にその印刷媒体搬送方向下流側に
第2水分調整装置115が設けられ、その印刷場板搬送方向下流側に排紙部14が設けら
れている点が異なる。図中の符号101は第2搬送ベルト、103は第2駆動ローラ、1
04は第2従動ローラ、105は第2テンションローラ、106は第2ベルトクリーナ、
107は第2帯電ローラ、108は第2高圧電源、109は第2紙押えローラ、111は
第2インクジェットヘッド、112は第2インクカートリッジ、113は第2クリーニン
グユニットであり、夫々の機能は、前記第1実施形態の搬送ベルト1、駆動ローラ3、従
動ローラ4、テンションローラ5、ベルトクリーナ6、帯電ローラ7、高圧電源8、紙押
えローラ9、インクジェットヘッド11、インクカートリッジ12、クリーニングユニッ
ト13と同じである。但し、本実施形態では、第2駆動ローラ103が図の右方に、第2
従動ローラ104が図の左方に配設されていることから、印刷媒体2は図の左方から右方
に搬送される。また、水分調整装置15を構成する穴明き回転ドラム51と第2搬送ベル
ト101の間には乗り移り部材81が配設され、その上方の穴明き回転ドラム51近傍に
は、印刷媒体2を穴明き回転ドラム51から剥離するための剥離部材82が配設されてい
る。そのため、水分調整装置15を構成する穴明き回転ドラム51に吸着された印刷媒体
2は、当該穴明き回転ドラム51によって反転された状態で第2搬送ベルト101に乗り
移り、第2帯電ローラ107で帯電された第2搬送ベルト101に静電吸着されて搬送さ
れ、第2インクジェットヘッド111からインク滴を吐出されて印刷済の印刷面と反対側
の面、所謂裏面側の印刷が行われる。
第2水分調整装置115も、水分調整装置15と同様に、第2インクジェットヘッド1
11で印刷された印刷直後の印刷面を加熱する加熱装置21と、その反対側から空気を吸
引する吸引装置22とで構成される。図8には、第2水分調整装置115の詳細を示す。
本実施形態では、印刷媒体2の搬送のために第2穴明き搬送ベルト84が用いられており
、印刷媒体搬送方向下流側、つまり図示右方に配設された第2穴明き搬送ベルト駆動ロー
ラ85と、印刷媒体搬送方向上流側、つまり図示左方に配設された第2穴明き搬送ベルト
従動ローラ86とに巻回されており、第2穴明き搬送ベルト駆動ローラ85は図示しない
第2穴明き搬送ベルトモータに接続されている。また、第2穴明き搬送ベルト84の内部
には第2吸引ファン87が配設されており、図示しない第2ファンモータで駆動される。
また、第2穴明き搬送ベルト84の上方には第2発熱装置88が配設されており、その下
方には第2温度センサ89が配設されている。なお、第2搬送ベルト101と第2水分調
整装置115との間には印刷媒体2の乗り移りを補助する乗り移り部材83が配設されて
いる。
図9は、本実施形態のインクジェットプリンタとそれを駆動するためのホストコンピュ
ータ60とを表している。本実施形態のインクジェットプリンタは前記第1実施形態の図
3のインクジェットプリンタと同等の機能ブロックが多い。そのため、同等の機能ブロッ
クには同等の符号を附して、その詳細な説明を省略する。本実施形態では、第1実施形態
のインクジェットプリンタに加えて、第2インクジェットヘッド111を駆動する第2イ
ンクジェットヘッド駆動回路135、第2高圧電源108を駆動する第2項圧電源制御回
路136、第2搬送ベルト101を駆動するための第2搬送ベルトモータ134を駆動す
る第2搬送ベルトモータ駆動回路137、第2クリーニングユニット113を駆動するた
めの第2クリーニングユニットモータ138を駆動するための第2クリーニングユニット
モータ駆動回路139、第2穴明き搬送ベルト84を駆動するための第2穴明き搬送ベル
トモータ140を駆動する第2穴明き搬送ベルトモータ駆動回路141、第2吸引ファン
87を駆動するための第2ファンモータ142を駆動する第2ファンモータ駆動回路14
3、加熱装置21の第2発熱装置88を第2温度センサ89の検出温度に基づいて制御す
る第2発熱装置制御回路144などが設けられている。なお、第1及び第2光学センサか
ら紙ジャムを検出する印刷媒体検出回路は図示を省略した。また、制御部31で行われる
水分調整制御の内容は、第1実施形態と同じである。
このように、本実施形態のインクジェットプリンタによれば、前記第1実施形態のイン
クジェットプリンタと同等の効果が得られると共に、高速の両面印刷が可能となる。
なお、前記各実施形態では所謂ラインヘッド型インクジェットプリンタを対象として本
発明のインクジェットプリンタを適用した例についてのみ詳述したが、本発明のインクジ
ェットプリンタは、マルチパス型プリンタを始めとして、水系のインクを用いる、あらゆ
るタイプのインクジェットプリンタを対象として適用可能である。
本発明のインクジェットプリンタの第1実施形態の概略構成を示す正面図である。 図1の水分調整装置の構成を示すものであり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A断面図である。 図1のインクジェットプリンタのブロック図である。 排紙カールを示すものであり、(a)はカール量の小さい状態の説明図、(b)はカール量の大きい状態の説明図である。 永久カールを示すものであり、(a)はカール量の小さい状態の説明図、(b)はカール量の大きい状態の説明図である。 印刷済の印刷媒体の表裏面の水分の説明図である。 本発明のインクジェットプリンタの第2実施形態の概略構成を示す正面図である。 図7の第2水分調整装置の構成を示すものであり,(a)は平面図、(b)は正面図である。 図7のインクジェットプリンタのブロック図である。
符号の説明
1は搬送ベルト、2は印刷媒体、3は駆動ローラ、4は従動ローラ、5はテンションロ
ーラ、6はベルトクリーナ、7は帯電ローラ、8は高圧電源、9は紙押えローラ、10は
給紙部、11はインクジェットヘッド、12はインクカートリッジ、13はクリーニング
ユニット、14は排紙部、15は水分調整装置、16は第1光学センサ、17は第2光学
センサ、21は加熱装置、22は吸引装置、30は吸引ファン、51は穴明き回転ドラム
、52は発熱装置、84は第2穴明き搬送ベルト、87は吸引ファン、88は発熱装置、
101は第2搬送ベルト、103は第2駆動ローラ、104は第2従動ローラ、105は
第2テンションローラ、106は第2ベルトクリーナ、107は第2帯電ローラ、108
は第2高圧電源、109は第2紙押えローラ、111は第2インクジェットヘッド、11
2は第2インクカートリッジ、113は第2クリーニングユニット、115は第2水分調
整装置

Claims (4)

  1. 印刷媒体を所定方向に搬送すると共に、搬送される印刷媒体の印刷面にインクジェット
    ヘッドのノズルから水系のインク滴を吐出して印刷を行うインクジェットプリンタにおい
    て、前記インクジェットヘッドの印刷媒体搬送方向下流側に設けられ且つインクジェット
    ヘッドからインク滴が吐出された印刷媒体の印刷面の水分を当該印刷面と反対側の面に移
    動させて当該印刷媒体の水分を調整する水分調整手段を備え、前記水分調整手段は、印刷
    媒体を吸着して回転する回転ドラムを備えたことを特徴とするインクジェットプリンタ。
  2. 前記水分調整手段は、インクジェットヘッドからインク滴が吐出された印刷媒体の印刷
    面とその反対側の面の水分の差を小さくするものであ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. 前記水分調整手段は、インクジェットヘッドからインク滴が吐出された印刷媒体の印刷
    面を加熱する加熱手段を備え、前記回転ドラムの外周面に穴を設けて、当該回転ドラムを
    印刷媒体の印刷面からその反対側の面に向けて空気の流れを生成する吸引手段とすると共
    に、前記加熱手段を、前記回転ドラムからなる吸引手段の外周の外側に配設したことを特
    徴とする請求項2に記載のインクジェットプリンタ。
  4. インクジェットヘッドからインク滴を吐出するノズル数の全ノズル数に対する比率に応
    じて前記水分調整手段による印刷媒体の水分調整を制御する水分調整制御手段を備え、イ
    ンク滴吐出ノズル数の全ノズル数に対する比率のうち、印刷済の印刷媒体が乾燥する際に
    当該印刷媒体がカールする比率の最小値を所定比率とした場合、前記水分調整制御手段は
    、インク滴吐出ノズル数の全ノズル数に対する比率が所定比率以上であるときに水分調整
    手段による印刷媒体の水分調整を行うことを特徴とする請求項1乃至3項の何れか一項に
    記載のインクジェットプリンタ。
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