JP2012045855A - プリント装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 様々な種類のシートやインクに対応可能で、高画質且つ高速のプリントを実現したインクジェットプリント装置を提供する。
【解決手段】 第１方向に沿ってシートを移動させるローラ対と、前記ローラ対よりも前記第１方向の下流側の所定位置において、前記ローラ対で搬送されるシートのインク付与面にインクを付与するインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドを前記第１方向と交差する第２方向に沿って往復移動させるキャリッジと、少なくとも前記所定位置において前記インク付与面に電磁波を照射してシートを加熱する加熱部とを備える。前記加熱部は前記所定位置とともに前記ローラ対よりも前記第１方向の上流側において前記インク付与面に電磁波を照射することが可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明はインクジェットヘッドを用いてインクを吐出して対象物に付与するプリント装置に関する。

一方、特許文献１に開示されるインクジェットプリンタは、２つのヒータを用いてシートを裏面から加熱してシート温度を予め高めておくことで、シートに付与された後のインクの乾燥を促進させるものである。２つのヒータは、予熱ランプを内蔵する駆動ローラ、および印刷領域の支持面の下に設けたハロゲンランプである。

特登録３４０８２８７号公報

対候性の高いプリント物が得られるエマルションインク（分散系インク）を用いたインクジェットプリントが注目されている。エマルションインクは、シート上に吐出着弾されたインク滴に熱を加えることで膜を形成してシート表面に固化定着する。異なるインク滴同士が混ざり合って画質が劣化することを防止するため、キャリッジが１往復する短い時間内に効率よくインク滴を乾燥させる必要がある。

しかし、特許文献１のようにシート裏面を加熱して表面のインク滴を乾燥させる方式をエマルションインクのインクジェットプリントに適用しようとすると、以下に述べるような課題がある。すなわち、使用するシートが大きな厚みを有していたり断熱性が高い材質（たとえば樹脂板や厚手のビニール）であったりすると、シート表面のインクに効率よく熱を与えることが難しくなり、高速プリントの妨げになる。また、屋内装飾用壁紙など裏面に接着層があるシートでは、シート裏面を加熱すると接着層の糊が溶け出してしまう場合がある。溶け出した糊はシート搬送ジャムを引き起こす要因となる。

本発明は上述の課題の認識に基づいてなされたものである。本発明の目的は、加熱部を有するインクジェットプリント装置において、使用するシートが大きな厚みがあったり断熱性が高い材質であったりしても、高画質且つ高速のプリントを実現することである。言い換えれば、様々な種類のシートやインクに対応可能で、高画質且つ高速のプリントを実現したインクジェットプリント装置を提供することである。

本発明のプリント装置は、第１方向に沿ってシートを移動させるローラ対と、前記ローラ対よりも前記第１方向の下流側の所定位置において、前記ローラ対で搬送されるシートのインク付与面にインクを付与するインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドを前記第１方向と交差する第２方向に沿って往復移動させるキャリッジと、少なくとも前記所定位置において前記インク付与面に電磁波を照射してシートを加熱する加熱部とを備え、前記加熱部は前記所定位置とともに前記ローラ対よりも前記第１方向の上流側において前記インク付与面に電磁波を照射することが可能であることを特徴とする。

本発明によれば、加熱部を有するインクジェットプリント装置において、使用するシートが大きな厚みがあったり断熱性が高い材質であったりしても、高画質且つ高速のプリントが可能となる。本発明により、様々な種類のシートやインクに対応可能で、高画質且つ高速のプリントを実現したインクジェットプリント装置が提供される。

実施形態のインクジェットプリンタの構成を示す横断面図 図１の構成を斜めから見た斜視図 制御系の構成を示すブロック図 動作シーケンスを示すフローチャート 規定温度を設定するためのデータテーブルの一例 加熱部の変形例の動作を説明するための図 アームに形成される穴のレイアウトのいくつかの形態を説明するための図

本発明の実施形態として、大判シートを使用するインクジェットプリンタを例に挙げて説明する、なお、本発明はプリンタに限定されず、物品にインクジェット方式でインクを付与する様々な用途のインクジェットプリント装置にも適用可能である。

図１は本発明の実施形態である、ロール状に巻かれた大判シートを使用するインクジェットプリント装置の構成を示す断面図である。また、図２は図１の構成を斜めから見た斜視図である。使用するロールシートは例えばシート幅が数ｍに及ぶ大きなサイズを有する。

プリント部はインクジェット方式によりインクを吐出するインクジェットヘッド１とキャリッジ２を有する。インクジェットヘッド１が採用するインクジェット方式は、ヒータを用いた方式、ピエゾ素子を用いた方式、静電素子を用いた方式、ＭＥＭＳ素子を用いた方式、いずれであってもよい。本例ではエマルションインク（分散系インク）を使用することが可能となっている。エマルションインクは、シート上に吐出着弾されたインク滴に熱を加えることで膜を形成してシート表面に固化定着する。そのために後述するようにシートＳを加熱する加熱部が設けられている。

インクジェットヘッド１は、Ｘ方向に往復移動するキャリッジ２に搭載されている。キャリッジ２は２本のガイドシャフト２１、２２によって支持されて、これらガイドシャフトに沿って往復移動する。インクチューブ４６はインクジェットヘッド１にインクを供給するための供給路である。フレキシブルケーブル４７はインクジェットヘッド１やキャリッジ２の駆動源に駆動信号や電力を供給するための配線である。図２（ａ）はキャリッジ２が一方の端部に移動した状態、図２（ｂ）はキャリッジ２が他方の端部に移動した状態を示す。キャリッジ２の移動に伴ってインクチューブ４６とフレキシブルケーブル４７は柔軟に変形しながら追従する。

プラテン３はインクジェットヘッド１に対向して、不図示のシート供給部から供給されて搬送されるシートＳを支持する。プラテン３の上においてシートの表面（インク付与面）にインクが付与れるので、ここがプリント位置（所定位置）となる。キャリッジ２が移動するＸ方向と交差するＹ方向（本例ではＸ方向とＹ方向は直交する）にシートＳを搬送するための搬送部が設けられている。搬送部は回転駆動力が与えられた搬送ローラ３１と、搬送ローラ３１に従って従動回転するピンチローラ３２からなるローラ対を有する。搬送ローラ３１とピンチローラ３２は使用が想定される最大のシート幅に対応した長さに渡り、複数に分割もしくは一体物として形成されている。ピンチローラ３２は、支軸Ｆを中心に支持されたアーム３３によって保持され、弾性力により搬送ローラ３１に付勢されている。アーム３３もピンチローラ３２に対応した長さを有する。図示はしてないが、搬送ローラ３１の回転を検出するロータリエンコーダが設けられている。また、往復移動するキャリッジ２の位置を検出するリニアエンコーダが設けられている。

プリントシーケンスは、キャリッジ２によるインクジェットヘッド１の往復移動（主走査）とシート搬送（副走査）を交互に繰り返すことで、シリアルにシートＳの上に二次元のインク画像を形成していくシリアルプリントである。プリントがなされたシートＳは図中のＹ方向に排出される。プリント部の下流には連続したシートを切断するためのカッタが設けられている。なお、本明細書においては、プリント時にシートが搬送される方向において、シート供給部５の側を上流、プリントなされたシートが排出される側を下流というものとする。

プラテン３の上方にはシートＳを加熱するための加熱部が設けられている。加熱部４は、主走査方向に沿って長い棒状のヒータ４１と、その周囲の一部を覆う円筒面形状のリフレクタ４２からなる。ヒータ４１は投入した電気エネルギを電磁波（本例では赤外線または遠赤外線の熱線）に変換して発生するハロゲンヒータやシーズヒータなどの熱源であり、投入エネルギ量を調節することで発熱量を変化させることができる。リフレクタ４２はヒータ４１から発生する熱線を反射することで略一方向に偏向させる反射鏡である。リフレクタ４２はヒータ４１を焦点とする放物線断面としヒータ側の面は鏡面のように平滑に形成されることが理想的であるが、略シート方向に熱線を偏向させることができれば放物線断面に限定されない。反射鏡は高温に耐えうる材質で構成され、例えばステンレス、アルミなどの金属が好ましい。ヒータ４１で発生した熱線の一部は直接的にプラテン３の方向に向かい、残りの熱線はリフレクタ４２によって反射されて、主にプラテン３の方向に指向される。リフレクタ４２を用いることでプラテン３の上のシートＳに集中的に熱線を付与する。加熱部は主走査方向においてプリントする領域全域に対してほぼ均等に熱線（インク乾燥のエネルギ）を付与する。加熱部が発する熱線はシートがある方向に指向され、一部はプラテン３よりも上流側にも照射される。図１において角度θ１は、加熱部４により赤外線が照射される範囲を示す。

プラテン３よりも上流側に指向される熱線はインクチューブ４６やフレキシブルケーブル４７には照射されないようになっている。しかし、プラテン３よりも上流にはピンチローラ３２やアーム３３が存在するので、熱線の一部はそれらによって遮断されてシートには到達しない。そこで、アーム３３によって遮られる熱線を少しでも減らすために、アーム３３には、図７（ａ）に示すように規則的な複数の穴Ｈが形成されている。

また、シートＳの表面の温度に関する情報を取得する２つのセンサが設けられている。温度センサ４３はピンチローラ３２よりも上流側の測定ポイントＰ１を中心とする所定領域においてシートＳの表面温度を測定する。温度センサ４４はピンチローラ３２よりも下流側の測定ポイントＰ２を中心とする所定領域においてシートＳの表面温度を測定する。なお、温度センサを１つにして、測定ポイントＰ１，Ｐ２のいずれか一方で温度を測定して他方の測定ポイントの温度を推定するようにしてもよい。また、測定ポイントＰ１，Ｐ２を含む広い範囲の温度分布を測定することが可能な温度センサを１つ設けて、両ポイントでの温度情報を取得するようにしてもよい。

図４は実施形態のインクジェットプリント装置の制御系の構成を示すブロック図である。制御部１００（コントローラ）はＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＥＥＰＲＯＭ１０３およびＲＡＭ１０４が基板上に形成されている。インタフェース１０５は例えばＵＳＢインタフェースであり、制御部１００と外部のＰＣ等のホスト装置１０００とを接続して、所定のプロトコルに基づいて双方向の通信を可能にする。制御部１００にはエンコーダ１０６、温度センサ４３、４４の測定結果が入力される。エンコーダ１０６は上述した搬送ローラ３１の回転を検出するロータリエンコーダ、およびキャリッジ２の位置を検出するリニアエンコーダである。各種センサ１０７は、例えばシートの先端や後端を検出するセンサ、シートの搬送状態を光学的に検知するセンサなどである。制御部１００には、モータドライバ１０９とヘッド駆動回路１１０が接続されている。モータドライバ１０９は、制御部１００の指令に基づいて搬送ローラ３１やキャリッジ２の動作の駆動源である各種モータ１１１を駆動する。ヘッド駆動回路１１０は制御部１００の指令に基づいてインクジェットヘッド１の複数のノズルを個別に駆動してインクを吐出させる。制御部１００にはヒータ制御回路１１４が接続されている。ヒータ制御回路１１４は制御部１００の指令に基づいて加熱部４のヒータ４１の発熱状態を制御する。制御部１００は温度センサ４３、４４で測定した情報に基づいてインクジェットヘッド１でインクを付与するプリント動作の最中にシートの表面温度が所定の温度範囲に維持されるように、ヒータ４１の能力を制御する。

以上の構成におけるプリントシーケンスは、キャリッジ２によるインクジェットヘッド１の往復移動（主走査）とシート搬送（副走査）を交互に繰り返すことで、シリアルにシートＳの上に二次元のインク画像を形成していくシリアルプリントを基本とする。シリアルプリントにおける主走査では、キャリッジ２が往復移動しながらシートの同一箇所に複数回に分けてインクを付与して画像を完成させる、いわゆるマルチパスプリント方式を採用する。エマルションインクを使用する場合には、ある主走査（パス）でインクジェットヘッド１からインクが付与された箇所は、次の主走査（パス）で同一箇所にインクが付与されるまでの間にインクが乾燥して膜化している必要がある。仮に、次の主走査の時点でエマルションインクの膜化が完了していないと、重ね打ちされたインク同士が混じり合って滲みや凝集による画像劣化が起きる原因となる。

そのため、加熱部４は、プリント動作でキャリッジ２が往復移動する最中にも、シートＳに熱線を照射してシート表面を加熱する。プラテン３の上では、キャリッジ２およびインクジェットヘッド１によって遮られない領域は加熱部４からの熱線がシートＳのインク付与面に照射される。移動するキャリッジ２およびインクジェットヘッド１の陰となる部分には熱線が届かない。しかし、キャリッジ２はほぼ等速で移動するので、主走査方向においてシートＳのインクが付与される領域への熱線の照射の累積は平均化され、主走査方向においてほぼ均等の加熱量が与えられる。

加熱部４からは角度θ１の範囲で熱線が発せられ、一部はキャリッジ２よりも上流側にも指向される。アーム３３には図７（ａ）に示すように規則的な複数の穴Ｈが形成されているので、穴Ｈを通して熱線がシートＳの表面（インクが付与される面側）を照射する。すなわち、シートＳがインクジェットヘッド１よりインクの付与を受ける前に、シート表面が予め加熱される。シートＳの表面はプラテン３で加熱される前に上流側でも同一の加熱部を用いて余熱がなされてシートＳの表面温度が高められる。したがって、シートＳの表面に付与されたインクは、上方からの熱線照射で加熱されるとともに、温度が高められたシート側からも加熱される。このため、インクは短時間で効果的に乾燥がなされ、キャリッジ２が往復移動する短い時間内にエマルションインクが膜化する。

図４は上述の装置の動作シーケンスを示すフローチャートである。これらのシーケンスは図４の制御部１００の制御により実行される。ステップＳ１では加熱部４のヒータ４１をＯＮにして加熱を始める。ステップＳ２では、温度センサ４３、４４を用いて測定ポイントＰ１、Ｐ２付近のシート表面温度をそれぞれ測定する。ステップＳ３では、ステップＳ２で測定した２つの温度がともに規定温度まで達したか（ＹＥＳ）否か（ＮＯ）を判断する。判断がＮＯの場合はステップＳ２に戻り、判断がＹＥＳの場合はステップＳ４に移行する。

ここで、規定温度はシートＳの種類およびプリントパス数に応じて適切な値が設定される。そのためのデータテーブルが制御部１００のメモリに予め記憶されている。図５は規定温度を設定するためのデータテーブルの一例を示す。シートＳの種類（メディア１〜メディア４）とパス数（１パス〜１６パス）との組み合わせごとに適切な温度を予め実験で求め、規定温度としてデータテーブルの形でメモリに格納している。上流側の測定ポイントＰ１でシートＳが規定温度以上であれば、そのシート部位に付与されたインクは十分に乾燥する。マルチパスプリントにおけるパス数が多いほど、シートＳが一か所に留まる時間が長くなるので、測定ポイントＰ１で必要となる温度は測定ポイントＰ２で求められる温度よりも低くなる。

ステップＳ３でＹＥＳと判断されたら、ステップＳ４ではプリント動作を開始する。プリント中、ステップＳ５では温度センサ４３、４４の測定で得られた温度情報に応じてヒータ４１の制御を行なう。ステップＳ６では、主走査と副走査を繰り返して画像を形成するためにインクジェットヘッド１および搬送ローラ３１の制御を行う。ステップＳ７では、全てのプリントが完了したか（ＹＥＳ）否か（ＮＯ）を判断する。判断がＮＯの場合はステップＳ５に戻り、判断がＹＥＳの場合はステップＳ８に移行する。ステップＳ８ではヒータ４１をＯＦＦにして加熱を終了する。そしてプリントシーケンスを終了する。

以上の説明した本実施形態によれば、加熱部４によってシートＳが裏面側からではなく、インクが付与される表面側から加熱される。そのため、使用するシートが大きな厚みを有していたり断熱性が高い材質であったりしても、効率よくインクが乾燥して高速プリントが実現する。また、屋内装飾用壁紙など裏面に接着層があるシートを用いた場合でも、シート裏面は加熱されないので、接着層の糊が溶け出してしまうことが抑止され、溶け出した糊によりシート搬送ジャムなどが引き起こされることが防止される。また、アーム３３に形成された穴Ｈを通してシートＳに熱線が照射されるので、プリント前のシートの部位の予熱がなされ、インクの乾燥時間がより一層短縮化される。

＜変形例＞
図６は加熱部４が有するリフレクタ４２の変形例の構成を示す図である。加熱部４以外の構成は先の図１と同様であるので説明は省略する。本例のリフレクタ４２は開口にシャッタ４５を備え、シャッタ４５がリフレクタ４２の円筒形状に沿ってスライド移動することでヒータ４１からの熱線の照射範囲を変更することができる。

図６（ａ）は、図４で示したフローチャートのステップＳ３の状態における加熱部４の様子を示す。この状態ではプリントを行う前なので、シートＳが先端はピンチローラ３２よりも上流側に位置した状態で搬送停止している。ピンチローラ３２よりも下流側にはシートＳが存在しないのでこの時点では熱線を照射して加熱する必要がない。シャッタ４５は角度θ２の範囲で熱線が放射されるようにリフレクタ４２の開口を制限する。熱線はプラテン３の上には照射されずに、アーム３３の穴Ｈを通してピンチローラ３２よりも上流側に集中的に照射されるので、より短時間にシートＳの先端が規定温度に達する。

その後、ステップＳ４に移行したら、シャッタ４５がスライド移動して図６（ｂ）のようにリフレクタ４２の開口を広げ、角度θ１の範囲で熱線が放射されるようにする。熱線はプラテン３の上とピンチローラ３２よりも上流側の両方の領域に照射される。このように、シートの先端が導入される際にシート先端に集中的に熱線を照射するので、測定ポイントＰ１が規定温度まで早く到達し、プリント開始までの時間を短縮されプリントスループットが向上する。

図７（ｂ）はアーム３３に形成される穴Ｈのレイアウトの変形例を示す。ここまで説明してきた図７（ａ）では、１つのアーム３３につき、ＸＹ方向にそれぞれ平行な矩形形状の穴Ｈが複数（３つ）並べられている。この場合、ピンチローラ３２よりも上流を搬送されるシートＳから加熱部４の方向を見たときに、アーム３３の穴Ｈ以外の枠体の一部分（Ｙ方向に沿った部分）が常に影となる。つまり、Ｘ方向においてシート上で常に影となる部分には熱線が当たらないので、その部分だけ加熱がなされずにシートの部位によって温度差が生じる。見方を変えれば、主走査方向における穴Ｈの合計断面積が非均一なので、主走査方向においてシートへの累積加熱量が不均一となってシートに温度ムラが生じる。これに対して図７（ｂ）では、それぞれのアーム３３を、ＸＹ方向に対してそれぞれ傾いた矩形形状の穴Ｈを複数並べた形状としている。シートに投影されるアーム３３の枠体の影はシート搬送とともに平均化されるので、Ｘ方向においてシートの温度ムラは生じない。つまり、主走査方向における穴Ｈの合計断面積が均一になるので、主走査方向においてシートＳへの累積加熱量が均一となってシートに温度ムラが生じない。なお、ここでいう「均一」とは、厳密な均一であることに限らず概ね均一であることも含む。本明細書において「均一」との用語は同意味として解釈される。こうして、シート全体にわたってムラなく予熱を行うことができる。

図７（ｃ）はアーム３３のさらに別の変形例を示す。それぞれのアーム３３に形成する複数の穴Ｈのそれぞれの断面積が、Ｙ方向の上流から下流（矢印ａの方向）に行くほどに大きくなるように配列している。それぞれのアーム３３は上流側の支軸Ｆを支点に片持ち梁で支持されている。支軸Ｆの近にはより大きな力が加わるので穴Ｈの合計の面積割合を小さくして強度を持たせ、下流に行くほどに穴Ｈの面積割合を大きくして熱線の通過割合を大きくしている。また、Ｘ方向において複数の穴Ｈを分散させて、主走査方向における穴Ｈの合計断面積が均一になるように配列することで、シートに温度ムラが生じないようにしている。

１ インクジェットヘッド
２ キャリッジ
３ プラテン
４ 加熱部
３１ 搬送ローラ
３２ ピンチローラ
３３ アーム
４１ ヒータ
４２ リフレクタ
４３ 温度センサ
４４ 温度センサ
４５ シャッタ

Claims (9)

1. 第１方向に沿ってシートを移動させるローラ対と、
   前記ローラ対よりも前記第１方向の下流側の所定位置において、前記ローラ対で搬送されるシートのインク付与面にインクを付与するインクジェットヘッドと、
   前記インクジェットヘッドを前記第１方向と交差する第２方向に沿って往復移動させるキャリッジと、
   少なくとも前記所定位置において前記インク付与面に電磁波を照射してシートを加熱する加熱部と、を備え、
   前記加熱部は前記所定位置とともに前記ローラ対よりも前記第１方向の上流側において前記インク付与面に電磁波を照射することが可能であることを特徴とするプリント装置。
2. 前記加熱部は前記所定位置から見て往復移動する前記インクジェットヘッドよりも遠い位置に設けられ、且つ、前記加熱部は赤外線または遠赤外線を含む熱線を発生するヒータと前記ヒータで発生した熱線を反射させるリフレクタを備えることを特徴とする、請求項１記載のプリント装置。
3. 前記ローラ対のうち前記加熱部の側のローラを支持するアームを有し、前記アームには複数の穴が形成され、前記加熱部からの電磁波は前記穴を通ってシートを照射されることを特徴とする、請求項１または２に記載のプリント装置。
4. 前記アームに形成された複数の穴は、前記第２方向における複数の穴の合計断面積が均一であることを特徴とする、請求項３記載のプリント装置。
5. 前記アームに形成された複数の穴は、それぞれの断面積が前記第１方向の上流から下流に行くほどに大きくなるように配列されていることを特徴とする、請求項３または４に記載のプリント装置。
6. 前記加熱部は前記電磁波が放射される範囲を変更することが可能であり、前記ローラ対で搬送されるシートの位置に応じて前記範囲が変更されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載のプリント装置。
7. 前記シートの移動に伴って、前記所定位置に熱線を照射せずに前記上流側に電磁波を照射し、次いで前記所定位置および前記上流側に電磁波を照射するように、前記範囲が変更されることを特徴とする、請求項６記載のプリント装置。
8. 前記シートの温度に関する情報を取得するセンサをさらに構成し、前記センサで取得された情報に基づいて前記加熱部を制御する制御部を有すること特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載のプリント装置。
9. 前記インクジェットヘッドはエマルションインクを吐出することを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載のプリント装置。

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