JP2011011440A - 流体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】噴射される流体と媒体との温度差を少なくすることによって画質の低下を抑制すること。
【解決手段】媒体を支持しつつ所定の搬送方向に搬送する搬送部と、前記媒体に流体を噴射するヘッドであって、前記搬送部に対向する位置に配置されたヘッドと、前記ヘッドよりも前記媒体の搬送方向の下流側に設けられ、前記媒体を支持するために前記搬送部材とは異なる部材で構成された支持部材と、前記支持部材に対向する位置に配置され、前記媒体に着弾した前記流体の硬化を促進する光を照射する照射装置と、を備える流体噴射装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体噴射装置に関する。

媒体に着弾したインクに紫外線を照射して硬化させる印刷装置が利用されている。特許文献１には、紫外線硬化型インクのそれぞれの吐出タイミングに合わせて紫外線を照射することが示されている。

特開２００４−４２５４８号公報

媒体上の紫外線硬化型インクを硬化させるために紫外線を照射すると、媒体の支持部分も加熱される。加熱された支持部分は、媒体のうちこれからインクが噴射される部分をも温めてしまう。そうすると、着弾するインクと媒体との間に温度差が生ずる。このような温度差は着弾したインクに熱ひずみを生じさせ、硬化の際にインクにひび割れなどを生じ、画質を低下させるおそれがある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、噴射される流体と媒体との温度差を少なくすることによって画質の低下を抑制することを目的とする。

上記目的を達成するための主たる発明は、
媒体を支持しつつ所定の搬送方向に搬送する搬送部と、
前記媒体に流体を噴射するヘッドであって、前記搬送部に対向する位置に配置されたヘッドと、
前記ヘッドよりも前記媒体の搬送方向の下流側に設けられ、前記媒体を支持するために前記搬送部材とは異なる部材で構成された支持部材と、
前記支持部材に対向する位置に配置され、前記媒体に着弾した前記流体の硬化を促進する光を照射する照射装置と、
を備える流体噴射装置である。

本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。

本実施形態におけるプリンタ１の概略側面図である。 本実施形態におけるプリンタ１のブロック図である。 ヘッド４１２におけるノズルの配置を説明する図である。 ヘッドアセンブリ４１１の構成を説明する図である。 ブラックヘッドユニット４１Ｋの構成を説明する図である。 ヘッドの構造を説明する図である。 駆動信号生成回路７０によって生成される駆動信号ＣＯＭの例を説明する図である。 本硬化用光源ユニット９１の側面図である。 ベルト搬送型のプリンタ１’の概略図である。

本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。

媒体を支持しつつ所定の搬送方向に搬送する搬送部と、
前記媒体に流体を噴射するヘッドであって、前記搬送部に対向する位置に配置されたヘッドと、
前記ヘッドよりも前記媒体の搬送方向の下流側に設けられ、前記媒体を支持するために前記搬送部材とは異なる部材で構成された支持部材と、
前記支持部材に対向する位置に配置され、前記媒体に着弾した前記流体の硬化を促進する光を照射する照射装置と、
を備える流体噴射装置。

このようにすることで、噴射される流体と媒体との温度差を少なくすることによって画質の低下を抑制することができる。

かかる流体噴射装置であって、前記支持部材と前記搬送部材とは離間して配置されていることが望ましい。また、前記流体は紫外線硬化型の流体であり、前記照射装置は紫外線を含む光を照射することが望ましい。また、前記支持部材は排熱するための排熱装置を含むことが望ましい。また、前記搬送部は、回転して前記媒体を搬送する円筒形状部材であることが望ましい。

また、前記支持部材は前記円筒形状部材の下部に配置されることが望ましい。また、前記搬送部は、直線的に前記媒体を搬送するベルト型搬送装置であってもよい。また、前記照射装置はランプ光源を含むことが望ましい。

このようにすることで、噴射される流体と媒体との温度差を少なくすることによって画質の低下を抑制することができる。

＝＝＝実施形態＝＝＝
図１は、本実施形態におけるプリンタ１の概略側面図である。図２は、本実施形態におけるプリンタ１のブロック図である。以下、これらの図を参照しつつ、プリンタ１の構成について説明を行う。

図２には、プリンタ１とコンピュータ１１０が示されている。プリンタ１は、用紙搬送ユニット１０とヘッドユニット４０と検出器群５０とコントローラ６０と駆動信号生成回路７０と紫外線照射ユニット９０を備える。

用紙搬送ユニット１０は、ドラム１１と、第１ローラ１２、第２ローラ１３、及び、第３ローラ１４を含む。用紙搬送ユニット１０は、用紙Ｓを図における上流側から下流側へ搬送する機能を有する。用紙Ｓは、上流側から不図示の給紙ロールから供給され、下流側の不図示の巻き取りローラによって巻き取られる。用紙Ｓは巻き取りローラによって巻き取られることにより、少なくとも第１ローラ１２から第３ローラ１４までの間において所定の張力を有し、ドラム１１に密着するように搬送される。

ヘッドユニット４０は、後述するように、ブラックヘッドユニット４１Ｋ、シアンヘッドユニット４１Ｃ、マゼンタヘッドユニット４１Ｍ、イエローヘッドユニット４１Ｙ、及び、クリアインクヘッドユニット４１ＣＬを含む。そして、これらから各色のインクを噴射することによってカラー印刷を行うことができるようになっている。
尚、クリアインクヘッドユニット４１ＣＬは、透明のインクを噴射して、カラー印刷が行われた後の媒体をコートすることができるようになっている。

検出器群５０は、プリンタ１の各部の情報を検出してコントローラ６０に送る様々な検出器をあらわす。

コントローラ６０は、プリンタの制御を行うための制御ユニットである。コントローラ６０は、ＣＰＵ６１と、メモリ６２と、インタフェース部６３とを有する。ＣＰＵ６１は、プリンタ全体の制御を行うための演算処理装置である。メモリ６２は、ＣＰＵ６１のプログラムを格納する領域や作業領域等を確保するためのものであり、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の記憶素子を有する。ＣＰＵ６１は、メモリ６２に格納されているプログラムに従って、各ユニットを制御する。インタフェース部６３は、外部装置であるコンピュータ１１０とプリンタ１との間でデータの送受信を行う。

駆動信号生成回路７０は、後述するヘッドに含まれるピエゾ素子ＰＺＴなどの駆動素子に印加してインク滴を噴射させるための駆動信号を生成する。駆動信号生成回路７０は、不図示のＤＡＣを含む。そして、コントローラ６０から送られた駆動信号の波形に関するデジタルデータに基づいて、アナログの電圧信号を生成する。また、駆動信号生成回路７０は不図示の増幅回路も含んでおり、生成された電圧信号について電力増幅を行い、駆動信号を生成する。

紫外線照射ユニット９０は、本硬化用光源ユニット９１と半硬化用ＬＥＤアセンブリ９２とを含む。本硬化用光源ユニット９１は、図に示されるようにドラム１１の下部に配置される。そして、用紙Ｓに紫外線を含む光を照射し、用紙Ｓに着弾した各色のインクを本硬化させる。本硬化では、後に巻き取りローラ（不図示）において用紙Ｓが巻き取られる際にインクが巻き取られる用紙Ｓに付着しない程度にまで硬化させられる。半硬化用ＬＥＤアセンブリ９２は、後述するヘッドアセンブリ４１１に取り付けられ、用紙Ｓに着弾した直後のインクを半硬化させる。半硬化では、用紙Ｓに着弾したインクの形状が変化しない程度にまで硬化させられる。

後述するように、本硬化用光源ユニット９１の光源にはメタルハライドランプが使用され、半硬化用ＬＥＤアセンブリ９２の光源にはＬＥＤが用いられる。メタルハライドランプから照射される光には紫外線以外の成分も多く含むことから、照射対象物を温度上昇させてしまう。一方、ＬＥＤから照射される光には紫外線以外の成分は少なく、さらに出力もメタルハライドランプの出力に比して少ないものであるので、照射対象物の温度上昇に寄与しない。

尚、本実施形態では、ドラム１１は搬送部に相当し、本硬化用光源ユニット９１１におけるヒートシンク９１７は支持部材に相当し、メタルハライドランプ９１１は照射装置に相当する。

本実施形態によるプリンタ１を用いた印刷について説明する。本実施形態では、ドラム１１によって搬送される用紙Ｓに各インク色のヘッドユニットから紫外線硬化型インクが噴射され印刷が行われる。このとき、各ヘッドユニットには半硬化用ＬＥＤアセンブリ９２が含まれているため、各色のインクが半硬化させられながら印刷が行われることになる。そして、クリアインクＣＬによる印刷が完了した後、用紙Ｓに着弾した紫外線硬化型インクは、本硬化用光源ユニット９１によって本硬化させられる。

図３は、ヘッド４１２におけるノズルの配置を説明する図である。本図はヘッド４１２の上面図であるが、ノズル配置の説明の容易のために、本来下部からしか視認できないノズル孔が示されている。ヘッド４１２は、２列のノズル列を有し、各ノズル列におけるノズルピッチＰは１８０ｄｐｉとなっている。また、ノズル列に沿う方向について、一方のノズル列のノズルが他方のノズル列のノズル間に配置されるようにして、紙幅方向（ノズル列に沿う方向）についてＰ／２のノズルピッチを実現する。このようにすることで、本実施形態では、紙幅方向について３６０ｄｐｉのノズルピッチを実現している。

図４は、ヘッドアセンブリ４１１の構成を説明する図である。ここでも、本図はヘッドアセンブリ４１１の上面図であるが、ＬＥＤ配置の説明の容易のために、本来下部からしか視認できないＬＥＤ９２１が示されている。ヘッドアセンブリ４１１は、ヘッド４１２を６個備える。ヘッド４１２は図に示されるように２列に並んでおり、ノズル列方向について均一のドットピッチでドットを形成することができるようになっている。また、ヘッドアセンブリ４１１には、半硬化用ＬＥＤアセンブリ９２が取り付けられている。半硬化用ＬＥＤアセンブリ９２は、複数のＬＥＤ９２１が紙幅方向について並べられたものである。ここで使用されるＬＥＤ９２１は、紫外線を照射するＬＥＤであり、ヘッド４１２から噴射され用紙Ｓに着弾したインクを半硬化させる。

図５は、ブラックヘッドユニット４１Ｋの構成を説明する図である。ヘッドユニット４０は、ブラックヘッドユニット４１Ｋと、シアンヘッドユニット４１Ｃ、マゼンタヘッドユニット４１Ｍ、イエローヘッドユニット４１Ｙ、及び、クリアインクヘッドユニット４１ＣＬを備える。これら各インク色のヘッドユニットは、いずれも同様の構成となっているので、ここではブラックヘッドユニット４１Ｋの構成について説明する。

ブラックヘッドユニット４１Ｋは、ヘッドアセンブリ４１１及び半硬化用ＬＥＤアセンブリ９２を６個備える。個々のヘッドアセンブリ４１１及び半硬化用ＬＥＤアセンブリ９２は、図に示されるように２列に並んでいる。そして、後述するノズル列方向について均一のドットピッチでドットを形成しつつ、そのドットを形成する紫外線硬化型インクを半硬化することができるようになっている。このようにすることにより、複数のヘッド４１２を紙幅方向にわたって複数配置することができるので、幅の広い用紙に対しても全面に印刷を行えるようになる。

図６は、ヘッドの構造を説明する図である。図には、ノズルＮｚ、ピエゾ素子ＰＺＴ、インク供給路４０２、ノズル連通路４０４、及び、弾性板４０６が示されている。
インク供給路４０２には、不図示のインクタンクからインクが供給される。そして、これらのインク等は、ノズル連通路４０４に供給される。ピエゾ素子ＰＺＴには、後述する駆動信号の駆動パルスが印加される。駆動パルスが印加されると、駆動パルスの信号に従ってピエゾ素子ＰＺＴが伸縮し、弾性板４０６を振動させる。そして、駆動パルスの振幅に対応する量のインク滴がノズルＮｚから吐出されるようになっている。

図７は、駆動信号生成回路７０によって生成される駆動信号ＣＯＭの例を説明する図である。図に示されるように、駆動信号ＣＯＭは、繰り返し周期Ｔごとに繰り返し生成される。

繰り返し周期である期間Ｔは、用紙Ｓが搬送方向に１画素分移動する間の期間に対応する。例えば、印刷解像度が３６０ｄｐｉの場合、期間Ｔは、用紙Ｓがノズルに対して１／３６０インチ移動するための期間に相当する。そして、印刷データに含まれる画素データに基づいて、期間Ｔに含まれる各区間の駆動パルスＰＳ１〜ＰＳ４をピエゾ素子ＰＺＴに印加することによって、１つの画素内に大きさの異なるインク滴が噴射され、複数階調を表現可能としている。

駆動信号ＣＯＭは、繰り返し周期Ｔにおける区間Ｔ１で生成される駆動パルスＰＳ１と、区間Ｔ２で生成される駆動パルスＰＳ２と、区間Ｔ３で生成される駆動パルスＰＳ３と、区間Ｔ４で生成される駆動パルスＰＳ４とを有する。

図には、駆動パルスＰＳ１の振幅がＶｈｍであることが示されている。また、図には、駆動パルスＰＳ３の振幅がＶｈｌであることが示されており、駆動パルスＰＳ４の振幅がＶｈｓであることが示されている。駆動パルスの振幅が大きいほどピエゾ素子４２１の変化量が大きいため大きなサイズのインク滴が噴射される。よって、インク滴はそれぞれの駆動パルスの振幅に応じた大きさのものが噴射される。図において、駆動パルスＰＳ３の振幅Ｖｈｌが最も大きく、次に、駆動パルスＰＳ４の振幅Ｖｈｍが大きい。そして、駆動パルスＰＳ１の振幅Ｖｈｓがその次に大きいものとなっている。

このため、小ドットの形成時には駆動パルスＰＳ４がピエゾ素子ＰＺＴへ印加される。また、中ドットの形成時には、駆動パルスＰＳ１がピエゾ素子ＰＺＴへ印加され、大ドットの形成時には、駆動パルスＰＳ３がピエゾ素子ＰＺＴへ印加される。駆動パルスＰＳ２は、メニスカスを微振動させるための微振動パルスであり、ドット無しの場合にピエゾ素子ＰＺＴへ印加される。このようにすることで、駆動パルスＰＳ４は小ドットのインク滴を噴射するための駆動パルスとなり、駆動パルスＰＳ１は中ドットのインク滴を噴射するための駆動パルスとなり、駆動パルスＰＳ３は大ドットのインク滴を噴射するための駆動パルスとなる。

図８は、本硬化用光源ユニット９１の側面図である。本硬化用光源ユニット９１は、光源部を構成するメタルハライドランプ９１１、保護ガラス９１２、反射鏡９１３、及び、光源側ケース９１４と、排熱部を構成するヒートシンク（放熱フィン）９１５、排熱側ケース９１６、空気取り入れ口９１７、排熱ファン９１８、及び、排熱ダクト９１９とを備える。

メタルハライドランプ９１１は、用紙Ｓに着弾したインクを本硬化させるための光を照射する。本実施形態において使用されるメタルハライドランプ９１１が照射する光は、紫外線成分を多く含み、紫外線硬化型インクを硬化させる。反射鏡９１３は、メタルハライドランプ９１１から照射される光を用紙Ｓ側に反射させるためのものであり、これによりメタルハライドランプ９１１からの光を効率的に用紙Ｓに照射する。保護ガラス９１２は、メタルハライドランプ９１１からの光を用紙Ｓに対して透過させつつ、用紙Ｓの通路からのゴミの侵入を防ぐ。光源側ケース９１４は、メタルハライドランプ９１１、保護ガラス、及び、反射鏡９１３を取り付けるためのケースである。

ヒートシンク９１５は、用紙Ｓを挟んでメタルハライドランプ９１１に対向する位置に配置される。ヒートシンク９１５は、排熱側ケース９１６に取り付けられる。排熱側ケース９１６には、空気取り入れ口９１７が設けられている。そして、排熱ファン９１８が回転すると空気取り入れ口９１７から取り入れられた空気がヒートシンク９１５の熱を奪い、排熱ダクト９１９を通じて排気される。

プリンタ１の電源投入直後からメタルハライドランプ９１１は点灯される。そうすると、本硬化用光源ユニット９１からの熱が上昇することとなるが、本硬化用光源ユニット９１とドラム１１は別部材で構成され、かつ、これらは離間して配置されているため、本硬化用光源ユニット９１の熱はドラム１１には伝わりにくい。

さらに、排気ファン９１８が回転させられることによって、本硬化用光源ユニット９１の熱は外部に排熱される。このようにすることによって、ドラム１１の温度を所定の温度よりも上昇させることなく、用紙Ｓの温度も所定の温度よりも上昇しないようにすることができる。そして、噴射されるインクと用紙Ｓとの温度差を少なくして、熱ひずみによる画質の低下を抑制することができる。

尚、ドラム１１などに温度センサを設けることとして、温度センサからの温度情報に基づいて排気ファン９１８を回転させ、本硬化用光源ユニット９１の温度を調整することとしてもよい。

尚、メタルハライドランプ９１１から照射される光には、紫外線以外の成分も含む。また、照射される紫外線の一部は用紙Ｓを透過する。また、メタルハライドランプ９１１は、プリンタ１で使用される最大紙幅以上の幅を照射可能に設けられている。そうすると、紙幅が狭い用紙Ｓに印刷を行う場合に、用紙Ｓによって遮られなかった光がメタルハライドランプ９１１に対向する部分を加熱することとなる。このような場合であっても、本実施形態では、メタルハライドランプ９１１に対向する部分にヒートシンク９１５が設けられ、効率よく排熱できる構成としているので、本硬化用光源ユニット９１の温度を適切に下げることができる。

図９は、ベルト搬送型のプリンタ１’の概略図である。図には、複数のヘッドユニット４１Ｋ’〜４１ＣＬ’と、本硬化用光源ユニット９１と、用紙搬送ユニット１０’が示されている。各ヘッドユニットの構成は、前述のものとほぼ同様である。また、本硬化用光源ユニット９１も、メタルハライドランプ９１１が用紙Ｓの印刷面を照射するように向きが変更されているものの、構成は前述のものとほぼ同様である。

ここでは、用紙搬送ユニット１０’は搬送部に相当し、本硬化用光源ユニット９１１におけるヒートシンク９１７は支持部材に相当し、メタルハライドランプ９１１は照射装置に相当する。

用紙搬送ユニット１０’は、ベルト駆動用ローラ１５と従動ローラ１６と、これらに架け渡されたベルト１７を含む。ベルト駆動用ローラ１５は、不図示のモータによって駆動され、用紙Ｓを上流側から下流側に搬送するように回転させられる。また、ベルト１７には、無数の小孔が設けられ、これらの小孔から吸引することにより用紙Ｓを適切に搬送方向に搬送できるようになっている。

ここでも、用紙搬送ユニット１０’と、本硬化用光源ユニット９１におけるヒートシンク９１７とは別部材で構成されている。そして、用紙Ｓを支持しつつ所定の搬送方向に搬送する用紙搬送ユニット１０’と、用紙Ｓに着弾したインクの硬化を促進する光を照射するメタルハライドランプ９１１は、離間されて配置されている。このようにされているので、メタルハライドランプ９１１からの熱は搬送ユニット１０’には伝わりにくい。このため、搬送ユニット１０’の温度上昇は抑えられ、インクの着弾前における用紙Ｓの温度上昇も抑えられる。その結果、ヘッドから噴射されるインクと用紙Ｓとの温度差は少なくされ、熱ひずみによって画像欠陥が生ずることを抑制することができる。

＝＝＝その他の実施の形態＝＝＝
上述の実施形態では、流体噴射装置としてプリンタ１が説明されていたが、これに限られるものではなくインク以外の他の流体（液体や、機能材料の粒子が分散されている液状体、ジェルのような流状体）を噴射したり吐出したりする液体吐出装置に具現化することもできる。例えば、カラーフィルタ製造装置、染色装置、微細加工装置、半導体製造装置、表面加工装置、三次元造形機、気体気化装置、有機ＥＬ製造装置（特に高分子ＥＬ製造装置）、ディスプレイ製造装置、成膜装置、ＤＮＡチップ製造装置などのインクジェット技術を応用した各種の装置に、上述の実施形態と同様の技術を適用してもよい。また、これらの方法や製造方法も応用範囲の範疇である。

上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。

＜ヘッドについて＞
前述の実施形態では、圧電素子を用いてインクを吐出していた。しかし、液体を吐出する方式は、これに限られるものではない。例えば、熱によりノズル内に泡を発生させる方式など、他の方式を用いてもよい。

１ プリンタ、１０ 用紙搬送ユニット、
１１ ドラム、１２ 第１ローラ、１３ 第２ローラ、１４ 第３ローラ、
４０ ヘッドユニット、４１Ｋ ブラックヘッドユニット、
４１Ｃ シアンヘッドユニット、４１Ｍ マゼンタヘッドユニット、
４１Ｙ イエローヘッドユニット、４１ＣＬ クリアインクヘッドユニット、
５０ 検出器群、５１ 温度センサ、６０ コントローラ、６１ ＣＰＵ、
６２ メモリ、６３ インタフェース、７０ 駆動信号生成回路、
９０ 紫外線照射ユニット、９１ 本硬化用光源ユニット、
９２ 半硬化用光源ユニット、９１１ メタルハライドランプ、
９１２ 保護ガラス、９１３ 反射鏡、９１４ 光源側ケース、
９１５ ヒートシンク、９１６ 排熱側ケース、９１７ 空気取り入れ口、
９１８ 排熱ファン、９１９ 排熱ダクト、１１０ コンピュータ、
Ｓ 用紙

Claims (8)

1. 媒体を支持しつつ所定の搬送方向に搬送する搬送部と、
   前記媒体に流体を噴射するヘッドであって、前記搬送部に対向する位置に配置されたヘッドと、
   前記ヘッドよりも前記媒体の搬送方向の下流側に設けられ、前記媒体を支持するために前記搬送部材とは異なる部材で構成された支持部材と、
   前記支持部材に対向する位置に配置され、前記媒体に着弾した前記流体の硬化を促進する光を照射する照射装置と、
   を備える流体噴射装置。
2. 前記支持部材と前記搬送部材とは離間して配置されている、請求項１に記載の流体噴射装置。
3. 前記流体は紫外線硬化型の流体であり、前記照射装置は紫外線を含む光を照射する、請求項１又は２に記載の流体噴射装置。
4. 前記支持部材は排熱するための排熱装置を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の流体噴射装置。
5. 前記搬送部は、回転して前記媒体を搬送する円筒形状部材である、請求項１〜４のいずれかに記載の流体噴射装置。
6. 前記支持部材は前記円筒形状部材の下部に配置される、請求項５に記載の流体噴射装置。
7. 前記搬送部は、直線的に前記媒体を搬送するベルト型搬送装置である、請求項１〜４のいずれかに記載の流体噴射装置。
8. 前記照射装置はランプ光源を含む、請求項１〜７のいずれかに記載の流体噴射装置。

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