JP2009248550A - インクジェットプリンタ及びインクジェットプリントヘッドユニット - Google Patents

Abstract

【課題】プリントヘッドの冷却機構と加熱機構とを一体化させ、装置の簡素化による低価格化及び低消費電力化に有効であるとともに、十分な冷却／加熱効果を有するインクジェットプリンタを提供する。
【解決手段】インクジェットプリンタ１は、所定の方向に搬送される記録媒体にインクを吐出する吐出孔を備えるプリントヘッド２と、前記プリントヘッド２の近傍に、その一方側を配されたペルチェ素子４と、を備え、前記ペルチェ素子４に供給する電流の方向を変えることにより、該ペルチェ素子４の前記一方側における吸熱効果と発熱効果とを切り替え、前記吸熱効果により前記プリントヘッド２を冷却し、前記発熱効果によりプリントヘッド２を加熱する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェットプリンタ及びインクジェットプリントヘッドユニットに関する。

インクジェットプリンタは、ヘッド装置を移動させながら、支持部材に支持されている記録媒体に対してインク噴射孔からインクを噴射して印刷を行うように構成される。
このようなインクジェットプリンタでは、一般に、プリント動作の履歴や吐出デューティーによって、プリントヘッドの温度が変化し、それに応じてプリント濃度が変動したり、濃度むらが発生することがある。また、プリントヘッドの温度上昇が激しい場合には、インクの吐出不良や不吐出を生ずることもある。さらに、カラープリンタでは、上記ヘッド温度の変化によって各ヘッドの温度にばらつきを生じ、プリント画像等の色合いに変化が生じることもある。

このようなプリントヘッドの温度変化に起因したプリント品位の低下は、上述のようなインクジェット方式に限らず、その程度の差はあるにしても熱転写方式等、他の方式のプリンタにおいても従来より知られる問題である。
プリントヘッドの温度は装置の内部温度や外部温度並びに使用条件などによって変化するが、このようなプリントヘッドの温度制御方法としては以下のようなものが従来より知られている。例えばプリントヘッドにヒータおよび温度検出センサを設けるとともに装置内に送風機を設け、プリントヘッド内の温度検出センサの信号に基づいて上記ヒータおよび送風機の駆動を制御することによりヘッド温度の適正化をはかる方法である。

しかしながら、このような送風機による温度制御の場合、その送風機による気流自体の温度が装置内外の温度に依存してしまうため、環境温度がプリントヘッドの温度制御能力に影響を与えることになり、恒常的な適正温度制御が困難になることもある。
このような問題の改善策として、特定の冷却用液体をプリントヘッドに接触させることにより、プリントヘッドを所定の適正温度範囲内に制御する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。これによれば、冷却用液体の貯留タンク内に貯留された液体が２系統の循環経路により循環されるものである。すなわち第１の循環経路は、液体をプリントヘッドに給送してそれを液体貯留タンクに戻す経路であり、第２の循環経路は、クーラー等を具えた液体温度制御ユニットを介して循環させる経路である。
しかしながら、水冷や空冷によりプリントヘッドを冷却する場合、プリントヘッドの構造によっては、十分な冷却効果が得られない場合がある。

一方、インクジェットプリンタにおいては、近時、有機溶剤にインク顔料又はインク染料が溶解されてなる溶剤インク、又は紫外線を照射すると硬化するＵＶインク等の機能インクを用いるインクジェットプリンタが開発され、使用されている。
上記のような、溶剤インク、ＵＶインク等の機能インクは、通常のインクジェットプリンタのプリントヘッドに供給される水性インクに比べて、その２０℃前後等の常温状態における粘度が高い。そのために、その溶剤インク、ＵＶインク等の機能インクをプリントヘッドに常温状態のまま供給した場合には、その粘度の高い機能インクが、プリントヘッド内側の微細径のノズルを円滑に通過し得ずに、そのノズル内で停滞して、そのノズルが機能インクで詰まる事故が頻発した。

このような課題を解消可能なプリンタとして、従来より、プリントヘッドに供給される溶剤インク、ＵＶインク等の機能インクを加熱して、その機能インクの粘度を低下させるための、加熱手段がプリントヘッドに一体に内蔵されたインクジェットプリンタが開発されている。
このように構成されたプリンタにおいては、そのプリントヘッドに供給される溶剤インク、ＵＶインク等の機能インクを、前記加熱手段により加熱して、その機能インクの粘度を低下させることができる。そして、その粘度を低下させた機能インクを、プリントヘッド内側の微細径のノズル内で詰まらせずに、そのノズルを抵抗なく円滑に通過させることができる。

このような加熱手段としては、例えばプリントヘッドの下部周囲に巻回されて装着される加熱枠体内側の通路を加熱された温水を循環させる構造のものが用いられている（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、プリントヘッド及びインクの加熱に、予め加熱された温水を用いる場合、水を加熱するには大電量が必要である。
また、このように、従来のインクジェットプリンタでは、プリントヘッドの冷却機構と、プリントヘッドの加熱機構とが別々のものとして構成されていた。そのため、装置の簡素化、低価格化及び低消費電力化において妨げとなっていた。
特開平８−１５０７１１号広報 特許公開２００５−７５８３号公報

本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、プリントヘッドの冷却機構と加熱機構とを一体化させ、装置の簡素化による低価格化及び低消費電力化に有効であるとともに、十分な冷却／加熱効果を有するインクジェットプリンタ及びインクジェットプリントヘッドユニットを提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載のインクジェットプリンタは、所定の方向に搬送される記録媒体にインクを吐出する吐出孔を備えるプリントヘッドと、前記プリントヘッドの近傍にその一方側を配されたペルチェ素子と、を備え、前記ペルチェ素子に供給する電流の方向を変えることにより、該ペルチェ素子の前記一方側における吸熱効果と発熱効果とを切り替え、前記吸熱効果により前記プリントヘッドを冷却し、前記発熱効果により前記プリントヘッドを加熱することを特徴とする。
本発明の請求項１に記載のインクジェットプリンタは、請求項１において、前記ペルチェ素子の他方側に配されたウォータージャケットをさらに備え、前記ウォータージャケットにより、前記ペルチェ素子の温度を一定に保つことを特徴とする。
本発明の請求項３に記載のインクジェットプリントヘッドユニットは、所定の方向に搬送される記録媒体にインクを吐出する吐出孔を備えるプリントヘッドと、前記プリントヘッドの近傍に、その一方側を配されたペルチェ素子と、を備え、前記ペルチェ素子に供給する電流の方向を変えることにより、該ペルチェ素子の前記一方側における吸熱効果と発熱効果とを切り替え、前記吸熱効果により前記プリントヘッドを冷却し、前記発熱効果により前記プリントヘッドを加熱することを特徴とする。

本発明では、ペルチェ素子に供給する電流の方向を変えることにより、ペルチェ素子の前記一方側における吸熱効果と発熱効果とを切り替え、前記吸熱効果により前記プリントヘッドを冷却し、前記発熱効果により前記プリントヘッドを加熱することで、プリントヘッドの冷却機構と加熱機構とを一体化することができる。ペルチェ素子を用いてプリントヘッドを冷却／加熱することで、冷水／温水を用いた場合に比べて十分な冷却／加熱効果を有するものとなる。これにより本発明では、装置の簡素化による低価格化及び低消費電力化に有効なインクジェットプリンタ及びインクジェットプリントヘッドユニットを提供することができる。

以下、本発明に係るインクジェットプリンタ及びインクジェットプリントヘッドユニットの一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のインクジェットプリンタの一構成例を模式的に示す図であり、特にインクジェットプリントヘッドユニット近傍を模式的に示す図である。
る。
このインクジェットプリンタ１は、所定の方向に搬送される記録媒体（図示せず）にインクを吐出する吐出孔を備えるプリントヘッド２と、プリントヘッド２の少なくとも両端部を囲むように配された金属ジャケット３と、金属ジャケット３の両側に配され、プリントヘッド２の近傍にその一方側を配されたペルチェ素子４と、ペルチェ素子４の他方側に配されたウォータージャケット５と、を備える。これらは本発明のインクジェットプリントヘッドユニットを構成する。

そして本発明のインクジェットプリンタ１及びインクジェットプリントヘッドユニットでは、前記ペルチェ素子４に供給する電流の方向を変えることにより、該ペルチェ素子４の前記一方側における吸熱効果と発熱効果とを切り替え、前記吸熱効果により前記プリントヘッド２を冷却し、前記発熱効果により前記プリントヘッド２を加熱することを特徴とする。
本発明では、ペルチェ素子４に供給する電流の方向を切り替えることにより、前記一方側における吸熱効果によりプリントヘッド２を冷却し、また、前記一方側における発熱効果によりプリントヘッド２を加熱することで、プリントヘッド２の冷却機構と加熱機構とを一体化することができる。ペルチェ素子４を用いてプリントヘッド２を冷却／加熱することで、冷水／温水を用いた場合に比べて十分な冷却／加熱効果を有するものとなる。これにより本発明のインクジェットプリンタ１は、装置の簡素化による低価格化及び低消費電力化に有効なものとなる。

プリントヘッド２は、所定方向に搬送される記録媒体（図示せず）の一面上にインク滴を噴射することにより、印刷を行う。プリントヘッド２は、その下面に並んで配されたノズル（図示せず）からピエゾ（piezo）方式等によりインク滴を噴射させる構造をしており、キャリッジベース７に左右方向に走行自在に支持されている。

ペルチェ素子４は、２種の金属が接合している部分に電流を流すとき、一方の接合部で吸熱し、他方の接合部で発熱する現象（ペルチェ効果）を利用した熱電変換デバイスである。
本発明では、上記ペルチェ素子４に供給する電流の向きを変えることにより、一方側における冷却作用／加熱作用を切り替えている。
前記ペルチェ素子４の一方側と、前記プリントヘッド２とは、熱伝導性の高い金属を介して熱結合されている。本実施形態では、プリントヘッド２に、アルミニウム等の金属からなる金属ジャケット３が取り付けられる。金属ジャケット３は断熱材６を介してキャリッジベース７に取り付けられている。

そして、ペルチェ素子４は、金属ジャケット３の外側に、その一方側を配して取り付けられる。これにより、ペルチェ素子４とプリントヘッド２とが金属ジャケット３を介して熱結合される。プリントヘッド２の冷却の際には、プリントヘッド２の熱を速やかに金属ジャケット３を介してペルチェ素子４に伝導、吸熱させることができ、プリントヘッド２を効果的に冷却することができる。一方、プリントヘッド２の加熱の際には、ペルチェ素子４の熱を速やかに金属ジャケット３を介してプリントヘッド２に伝導させることができ、プリントヘッド２を効果的に加熱することができる。
この際、ペルチェ素子４と金属ジャケット３との間にシリコングリス等を塗布することが好ましい。これにより、ペルチェ素子４と金属ジャケット３との間のミクロな隙間を埋め、冷却／加熱効果を向上させる。

ペルチェ素子４の他方側には、ウォータージャケット５が配されている。このウォータージャケット５により、ペルチェ素子４の他方側で発熱した場合には、その熱をウォータージャケット５内の水に伝導させることができる。一方、ペルチェ素子４の他方側で吸熱した場合には、ウォータージャケット５内の水を吸熱、冷却する。これによりペルチェ素子４の温度を一定に保つことができる。
ウォータージャケット５には、チューブ１０を介してヒートシンク１１、タンク１３、ポンプ１４が接続されており、タンク１３内に貯留された水等の液体を、ポンプ１４を使用して循環させる。

ヒートシンク１１は、例えば矩形の平板状を呈する基部１１ａと、この基部１１ａの一方の面に対して垂直に、且つ、所定の間隔を置いて並設された何れも矩形状を呈する複数枚の放熱フィン１１ｂとにより構成されている。基部１１ａと放熱フィン１１ｂとを一体的に形成することによって、ヒートシンク１１が構成される。ヒートシンク１１を構成する材料には、例えば熱伝導性の良好な金属材料が用いられる。

ヒートシンク１１の一開口面には、シートシンクに対して風を送る送風装置１２が設けられている。
送風装置１２としては、特に限定されるものではなく、例えば、軸流ファン、シロッコファン、クロスフローファン等が用いられる。
このインクジェットプリンタ１においては、前記ヒートシンク１１、タンク１３、ポンプ１４及び送風装置１２は、装置の可動部ではなく、装置の固定部（キャリッジ外）に配されている。これにより、装置を簡素化、小型化することができる。

以下、本発明のインクジェットプリンタ１における、冷却／加熱動作について説明する。
＜プリントヘッド冷却の場合＞
まず、ペルチェ素子４の一方側（プリントヘッド２に取り付けられた側）が吸熱側となるように、電流を供給する。金属ジャケット３を介してペルチェ素子４に伝導したプリントヘッド２の熱が、ペルチェ効果により、ペルチェ素子４の吸熱側に吸熱される。これによりプリントヘッド２が冷却される。

吸熱側における吸熱の反作用として、ペルチェ素子４の反対側（発熱側）で熱が発生する。
ペルチェ素子４の発熱側で発生した熱は、ウォータージャケット５内の水に伝導し、チューブ１０を介してキャリッジ外に運ばれ、ヒートシンク１１にて空気中に放熱される。この際、送風装置１２によってヒートシンク１１に送風することにより、効率よく放熱することができる。
これにより、プリントヘッド２周辺の温度が高温になっても、プリントヘッド２をペルチェ素子４で効率よく冷却し、適温で印字を行なう環境ができるため、高品位な印字を可能とする。

＜プリントヘッド加熱の場合＞
まず、ペルチェ素子４の一方側（プリントヘッド２に取り付けられた側）が吸熱側となるように、電流を供給する。ペルチェ素子４の一方側で発生した熱が、金属ジャケット３を介してプリントヘッド２に伝導する。これによりプリントヘッド２が加熱される。
発熱側における発熱の反作用として、ペルチェ素子４の反対側（吸熱側）では吸熱する。ウォータージャケット５内の水は、ペルチェ素子４の吸熱側によって吸熱、冷却される。冷却されたウォータージャケット５内の水は、チューブ１０を介してキャリッジ外に運ばれ、ヒートシンク１１において外気温により温められる。
これにより、ＵＶインク等の機能インクを用いる場合、プリントヘッド２においてそのインクを加熱することにより、機能インクの粘度を低下させることができる。そして、その粘度を低下させた機能インクを、プリントヘッド内側の微細径のノズル内で詰まらせずに、そのノズルを抵抗なく円滑に通過させることができる。

図２は、ペルチェ素子４を駆動するための制御回路の内部構成を示すブロック図である。
制御回路３０は、ＣＰＵ３１を制御中枢とし、ペルチェ素子４、ヘッドサーミスタ３２、Ａ／Ｄコンバータ３３、電流制御回路３４で構成される。ペルチェ素子４とヘッドサーミスタ３２とは、互いに熱結合されている。
ヘッドサーミスタ３２は、プリントヘッド２の温度を検出するものであり、プリントヘッド２の温度により変化する電圧をＡ／Ｄコンバータ３３に送る。

Ａ／Ｄコンバータ３３は、ヘッドサーミスタ３２からのアナログ信号をデジタル信号に変換し、ＣＰＵ３１に信号を送る。
ＣＰＵ３１は、ヘッドサーミスタ３２によるプリントヘッド２の温度情報を基にして、ペルチェ素子４への電流供給のＯＮ／ＯＦＦ及び電流方向を制御する電流制御回路３４を駆動する。
電流制御回路３４は、ＣＰＵからの信号に応じて、ペルチェ素子４への電流供給をＯＮ／ＯＦＦ制御するとともに、ペルチェ素子４に供給する電流の向きを変えることにより、ペルチェ素子４の一方側における冷却／加熱作用を切り替える。

なお、ＣＰＵ３１は以下のようなフロー条件でペルチェ素子４を駆動する。
図３は、図２に示した制御回路３４の動作を示すフローチャートである。以下、ペルチェ素子４の駆動に関する動作シーケンスについて説明する。
ＣＰＵ３１は、プリントヘッド２の動作状態（印字待機状態、印字中）にかかわらず、常にプリントヘッド２の温度をヘッドサーミスタ３２により監視している（ステップＳ１）。ここでは、プリントヘッド２もしくは近傍の温度が、所定の設定温度より高くなっているか否かを監視している。
装置通電直後、プリントヘッド２もしくはその近傍の温度が所定温度（第一設定温度Ｔ_１）より高かった場合は、ペルチェ素子４の一方側（プリントヘッド２に取り付けられた側）が吸熱側となるように、電流を供給する（ステップＳ２）。

装置通電直後のプリントヘッド２の温度が第一設定温度Ｔ_１以下であった場合、さらに、プリントヘッド２の温度が所定の第二設定温度Ｔ_２（ただし、Ｔ_１＞Ｔ_２）以下になっているか否かを監視する（ステップＳ３）。
プリントヘッド２の温度が第二設定温度Ｔ_２以下であった場合は、ペルチェ素子４の一方側が加熱側となるように、電流を供給する（ステップＳ４）。
プリントヘッド２の温度が第二設定温度Ｔ_２より高かった場合は、ペルチェ素子４への電流供給をＯＦＦする（ステップＳ５）。

このように、本発明のインクジェットプリンタ１では、ペルチェ素子４へ電流を供給することにより、吸熱効果によりプリントヘッド２を冷却し、また、ペルチェ素子４への電流供給方向を変えることにより、発熱効果によりプリントヘッド２を加熱している。すなわち、本発明では、プリントヘッド２の冷却機構と、プリントヘッド２の加熱機構とを一体化することができる。このようにペルチェ素子４を用いてプリントヘッド２を冷却／加熱することで、冷水／温水を用いた場合に比べて、低消費電力で十分な冷却／加熱効果を有するものとなる。

また、プリントヘッド２近傍にペルチェ素子４を取り付けることで、ペルチェ素子４の容量を小さくすることができ、低コスト、低消費電力が実現できる。
また、ペルチェ素子４を水冷にすることで、放熱機構をキャリッジ外に配置することができ、キャリッジ重量を軽くすることができる。
これにより本発明のインクジェットプリンタ１は、装置の簡素化による低価格化及び低消費電力化に有効なものとなる。

また、ペルチェ素子４をプリントヘッド２の内部に設置せず、金属ジャケット３に実装しているため、プリントヘッド２単体は従来品を使用でき、装置寿命が長くプリントヘッド２の保守交換を前提としている装置においても、ペルチェ素子４による冷却／加熱機能を有していながら、保守用（交換用）プリントヘッド２は従来の価格で提供することができる。
以上、本発明のインクジェットプリンタ及びインクジェットプリントヘッドユニットについて説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。

本発明は、インクジェットプリンタ及びインクジェットプリントヘッドユニットに広く適用可能である。

本発明のインクジェットプリンタの一例を模式的に示す図である。 ペルチェ素子を駆動する制御回路の一構成例を示すブロック図である。 図に示す制御回路の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１…インクジェットプリンタ、２…プリントヘッド、３…金属ジャケット、４…ペルチェ素子、５…ウォータージャケット、６…断熱材、７…キャリッジベース、１０…チューブ、１１…ヒートシンク、１２…送風装置、１３…タンク、１４…ポンプ

Claims (3)

1. 所定の方向に搬送される記録媒体にインクを吐出する吐出孔を備えるプリントヘッドと、前記プリントヘッドの近傍にその一方側を配されたペルチェ素子と、を備え、
   前記ペルチェ素子に供給する電流の方向を変えることにより、該ペルチェ素子の前記一方側における吸熱効果と発熱効果とを切り替え、
   前記吸熱効果により前記プリントヘッドを冷却し、前記発熱効果により前記プリントヘッドを加熱することを特徴とするインクジェットプリンタ。
2. 前記ペルチェ素子の他方側に配されたウォータージャケットをさらに備え、
   前記ウォータージャケットにより、前記ペルチェ素子の温度を一定に保つ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. 所定の方向に搬送される記録媒体にインクを吐出する吐出孔を備えるプリントヘッドと、前記プリントヘッドの近傍に、その一方側を配されたペルチェ素子と、を備え、
   前記ペルチェ素子に供給する電流の方向を変えることにより、該ペルチェ素子の前記一方側における吸熱効果と発熱効果とを切り替え、
   前記吸熱効果により前記プリントヘッドを冷却し、前記発熱効果により前記プリントヘッドを加熱することを特徴とするインクジェットプリントヘッドユニット。

Images