JP2015085513A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
低コストで、小型化を実現できるインク加温機構を有するインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【解決手段】
インクを保持するインク容器と、前記インク容器と第一のインク流路を介して接続され、インク粒子を噴出するノズルと、噴出されたインク粒子を帯電させる帯電電極と、帯電されたインク粒子を偏向させる偏向電極と、印字に使用されないインク粒子を捕えられるガターと、を備えているインクジェット記録装置であって、印字動作を制御する制御部を備え、前記制御部で発生する熱を用いて、インクを加温することを特徴とするインクジェット記録置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インクジェット記録装置に関する。

本技術分野の背景技術として、特開平７−１３７２９４号公報（特許文献１）がある。この公報には、「インクジェット記録装置に関し、環境温度変化に対応し、好適なインク粒子を作成し、安定した印字品質を提供するものである。構造は、ヘッド部分のインク噴出口付近に取り付けたＰＴＣヒータによりインクを任意の値に加温するものである。インクをＰＴＣヒータにより加温することで、好適なインク粒子を作成することができ、安定した文字を印字することができる。また使用環境温度を広範囲にできる効果がある。」と記載されている。
また、特開平１１−５８７７０号公報（特許文献２）がある。この公報には、「印字ヘッドに搭載される部品の配置、構造、接続を適切にすることにより、それらの部品の使用目的の効果の向上、構造の簡略化、保守作業の作業性の向上を図ったインクジェット記録装置を提供する。解決手段としてインクは、インク加温装置加温面より加温されてインク加温装置流路接続部を通って三方弁流路接続部まで流れる。さらにインクは三方弁内部の三方弁内流路に流れ込み噴出継ぎ手を通って噴出チューブに供給される。また洗浄液を噴出チューブに供給する際には三方弁への通電を止めて洗浄チューブ内の洗浄液は洗浄継ぎ手を通って噴出チューブに供給される。この三方弁およびインク加温装置は印字ヘッド部に固定されているが、図２のように三方弁流路接続部を構成することにより三方弁を固定するだけで、インク加温装置との流路接続を行う。それにより、印字ヘッドの小型化ができる。」と記載されている。

特開平７−１３７２９４号公報 特開平１１−５８７７０号公報

特許文献１に記載されているように、インクジェット記録装置では、印字品質を向上、安定させるためにインクを加温している。インクを加温する理由として、インクの粘度は温度により変化することにある。インクの粘度によりドット印字する際の粒子形状が変化することが判っている。その為、加温することにより周囲温度に依存せずインクの粘度を任意の値にすることで印字品質の向上、安定を可能にしている。

特許文献１では、加温の方法として、ノズル噴出口付近にてヒータにより加温をしている。しかし特許文献１の構成では、ヒータをヘッドに有しているためヘッドを小型化することが困難であるという課題がある。また、加温するためにヒータを設ける必要があり、コストがかかってしまうという課題がある。

そこで、本発明は、低コストで、小型化を実現できるインク加温機構を有するインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、インクを保持するインク容器と、前記インク容器と第一のインク流路を介して接続され、インク粒子を噴出するノズルと、噴出されたインク粒子を帯電させる帯電電極と、帯電されたインク粒子を偏向させる偏向電極と、印字に使用されないインク粒子を捕えられるガターと、を備えているインクジェット記録装置であって、印字動作を制御する制御部を備え、前記制御部で発生する熱を用いて、インクを加温することを特徴とする。

本発明によれば、低コストで小型化を実現できるインク加温機構を有するインクジェット記録装置を提供することできる。

本研究の一実施例に関わる系統図である。 本研究の一実施例に関わる系統図である。 従来品の系統図である。 ＰＴＣ温度制御概略図である。 インク温度と粘度の関係を示すグラフである。 インク粒子の形成過程を示す図である。 インクジェット記録装置の全体図である。

以下、実施例を図面により説明する。

本実施例の説明の前に、従来技術におけるインク加温について説明する。図３は、従来のインクジェット記録装置のノズルヘッド部の断面図と装置概略ブロック図、図４はＰＴＣ温度制御概略図、図５はインク温度と粘度の関係を示すグラフ、図６はインク粒子の形成過程を示す図である。図７は、インクジェット記録装置の全体図である。

まず、図７を用いて、インクジェット記録装置の全体について説明する。インクジェット記録装置１００は、インク保持容器１７からインク供給ポンプ１５によって加圧して供給されるインク１８Ａをノズル６からインク柱１８Ｂ状に噴出し、その先端が分離してインク粒子１８Ｃとなる位置を包囲するように帯電電極１１を備え、更に、帯電して飛行するインク粒子１８Ｃを帯電量に応じて偏向して被印字物（不図示）に差し向けて印字する偏向電界を発生する偏向電極１２（図７では、１２Ａがグランド電極、１２Ｂがプラス電極である）と、印字に使用しなかったインク粒子１８Ｃを捕捉するガター１０と、このガター１０で捕捉したインク粒子の中で微少電荷を帯びたインク粒子の帯電量に応じた位相検出信号を発生する位相センサ４７を備えている。

そして、更に、前記インク供給ポンプ１５とガター１４で捕捉したインクをインク保持容器１７に回収するインク回収ポンプ１６を制御するポンプ駆動回路３２６と、前記ノズル８から噴射したインク柱１８Ｂからインク粒子１８Ｃに分離するタイミングに規則性をもたせるために該ノズル８に内蔵した電歪素子（不図示）を励振する励振電圧発生回路３２７と、印字用帯電信号発生回路３２９および位相探索用帯電信号発生回路３２８（本実施例では、印字用帯電信号発生回路３２９に加えて位相探索用帯電信号発生回路を設ける構成としたが、印字用帯電信号発生回路３２９のみを用いて制御部による帯電量制御によって実現するようにしてもよい。）から出力されるデジタル信号形態の帯電信号をアナログ形態の電圧信号に変換するＤ／Ａコンバータ３３０と、Ｄ／Ａコンバータ３３０から出力されるアナログ信号形態の電圧信号を増幅して帯電電極１１に印加する帯電電圧を発生する増幅回路３３１と、偏向電極１１に印加する偏向電圧を発生する偏向電圧発生回路３３５と、位相センサ４７から出力するアナログ信号形態の位相検出信号を増幅する増幅回路３３２と、増幅された位相検出信号を入力して帯電良否を判定する位相判定回路３３３と、増幅された位相検出信号を入力してＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ３３４を備える。

このように構成したインクジェット記録装置１００におけるＭＰＵ３２０は、バスライン３２１を介してポンプ駆動回路３２６を制御してインク供給ポンプ１５とインク回収ポンプ１６を運転することにより、インク保持容器１７内のインク１８Ａを吸引、加圧してノズル８に供給することによりノズル８から柱１８Ｂ状に噴出させ、ガター１４で捕捉したインク粒子１８Ｃを吸引してインク保持容器１７に回収する。ノズル８から噴出するインク柱１８Ｂは、その先端が分離してインク粒子１８Ｃとなる。インク柱１８Ｂの先端がインク粒子１８Ｃに分離タするイミングは、励振電圧発生回路３２７によって励振電圧を発生してノズル８の電歪素子を励振してインク柱１８Ｂを振動させることにより、励振電圧に対して所定の位相に規制することができる。

インク粒子１８Ｃの帯電量は、インク柱１８Ｂの先端からからインク粒子１８Ｃが分離するときにインク柱１８Ｂが帯電電極１１の電位によって帯電している帯電量に比例する。印字用帯電信号発生回路３２９は、インク柱１８Ｂの先端がインク粒子１８Ｃに分離するときに該インク粒子１８Ｃを所定の位置に偏向するために必要な帯電量となるように帯電電極１１に帯電電圧を印加するための印字用帯電信号を発生する。

印字用帯電信号に基づいて発生した帯電電圧に応じて帯電したインク粒子１８Ｃは、偏向電極１２の間を飛行する間に静電偏向されて被印字物（不図示）の目的の位置に付着する。帯電しなかったインク粒子１８Ｃは、直進してガター１０に捕捉されて回収される。

印字用帯電信号を発生するタイミングは、インク柱１８Ｂがインク粒子１８Ｃに分離するときに該インク粒子１８Ｃを所定の位置に偏向するために必要な帯電量となるように帯電電極１１に帯電電圧を印加することができるタイミングであることが必要である。ＭＰＵ３２０は、適正な位相関係のタイミングで印字用帯電電圧を発生するための位相探索を実行する。

ここで安定した文字を印字するためには、インク温度の変化に対してインクの噴出速度に影響を及ぼすインク粘度の変化が小さく、また共振周波数の変化も小さくすることである。なぜなら安定した文字を印字するためには好適なインク粒子の作成が必要である。

この粒子作成の過程を図６により説明する。インクを噴出するオリフィス孔でノズルの励振により初期くびれ振幅ｈ₀ が与えられる。このくびれが次第に増幅され、インク柱長(ｘ＝ｌｐ)の位置において、インクのくびれ振幅ｈが０となることにより、インク柱からインク粒子が作成される。

上記のようなインク粒子の形成においては、ノズルからのインクの噴出速度が関与している。このインクの噴出速度については減圧弁で制御することができる。しかし、噴出速度に影響するインク粘度については、減圧弁では制御することができない。よって、インク粘度について独自に制御する必要性がある。

図５に、インク温度と粘度の関係を示すグラフを示す。インクの粘度とインクの噴出速度には相関関係が存在し、インクの粘度にもっとも影響を及ぼすのは温度である。図５に示すインク温度と粘度の関係の実験データによると、インク温度１０℃のインク粘度に対し３０℃のインク粘度は７０％近くに減少している。またインク粘度の変化量は、低温ほど大きい。そこで、インクが低温の場合には、インクを加温することで対応する。これらにより使用温度範囲を広くする効果がある。

図３は、従来のインクジェット記録装置の構成図である。インクジェット記録装置の本体内部にはインク保持容器１７を備え、インク保持容器１７内にインク１８が充填されている。インク保持容器１７と供給ポンプ１５、調圧弁１４、ヒータブロック３、ノズル６は、それぞれインク供給管５a、５ｂ、５ｃ、で接続されており、また印字に使用しないインク粒子を回収するためのガター１０と回収ポンプ１６、インク保持容器１７はインク回収管２０で接続されている。

ヒータブロック３は金属で構成された流路を有しており、底面にはインクを加温するためのＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータ１１が固定されている。このＰＴＣヒータ１１とヒータブロック３に設置されたインク温度検出器１２は、温度制御回路１３に接続されている。

ノズル６は、ノズル内に供給されたインク１８に振動を与える圧電素子２４、インク粒子を噴出するオリフィス部６ｂ、それらを保持するノズルボデー６aから構成されている。ノズル６とヒータブロック３は、それぞれヘッド１内に配置されている。

しかしながら、従来までのインク加温機構では、ヒータブロック３を有しているため、ヘッドを小型化することが困難であり、また、コストもかかかってしまうという課題があった。そこで、これらの課題を解決するための本願発明の構成に以下に説明する。

実施例に記載の本発明の装置概要は図１を用い説明する。本体機には従来より、図１に示すように制御部２５を有している。制御部２５には基盤２１等が取り付けられているため６０℃付近まで温度が上昇する。そこで、この制御部２５より発生する熱を利用して、インクの温度を調整する。具体的には、制御部２５に放熱フィン２３と、ファン２４を設ける構成とする。

放熱フィン２３により装置内部へ放出された制御部２５の熱を放熱フィン２３に隣接したファン２４によって特定の場所へと送るようにする。本実施例では、この熱の流れをインク供給管５ｂを保護しているヘッドケーブル接続管へ通してヘッドケーブル、ヘッド１のノズル６まで送るようにする。これにより、インク供給管５ｂ内のインクを加温することができる。

また、インクが目標の温度かどうかを確かめるために、インク温度検出器１２を設けている。インク温度検出器１２は、インク供給管５ｂのノズル６との接続箇所の近傍に設置してあり、ノズルに流入する直前のインク温度を計測可能になっている。このインク温度検出器によりインク温度を測定し、任意のインク温度より温度が上昇していた場合は熱を送るファン２４の運転を止めることによりそれ以上の温度上昇をしないようにする。

次に図４を用いてインク加温動作について説明する。
インク保持容器１７内のインク１８は、供給ポンプ１５によりインク供給管１９を通り、調圧弁１４により任意の圧力に調圧され、このヒータブロック３に供給されたインク１８は、ヒータブロック３を通過するまでの時間内に、ＰＴＣヒータ１１により、温度制御回路にて設定した温度になるように加温される。このときの加温する制御方法を図４に示すＰＴＣ温度制御概略図を参照して説明する。温度検出器１２により、インク温度を検知し、インク粒子化に好適なインク温度に設定された温度と比較し、温度差ΔＴによってＰＴＣヒータ１１に通電する時間Ｔ₁と通電しない時間Ｔ₂の割合を温度制御回路１３より、リレースイッチ２１を介して制御する。ヒータブロック３内で加温されたインクは、供給管５Ｃを通過してノズル６に供給される。この供給されたインクは、励振周波数の近傍に機械的共振周波数を持つ共振子の振動により液柱に腹と節を作り、ノズル６先端より噴出しインクの表面張力によりインク粒子になる。インク粒子は、帯電電極７により文字情報に合った電荷量が帯電されて、偏向電極９により偏向し、図示せぬ被印字物に印字する。また印字に使用されないインク粒子は、ガター１０に入り、回収ポンプ１６によりインク保持容器１７に回収される。

以上より、放熱フィンとファンを用いることでノズル付近のインク噴出直前のインク温度を目標の値に加温することが可能と考え、ヘッドにあるヒータを省くことによりヘッドの小型化が実現できる。

図２を用いて、他の実施例に係る本願発明について説明する。図２では、制御部２５の基板２１周辺を経由するインク加温流路５ｄが設けられている。このインク加温流路５ｄに、インクを供給することで、基盤２１の熱をインクに移すことができ、インクを加温することができる。

具体的には、インク保持容器１７内に充填されているインク１８を供給ポンプ１５によって配管５aへ供給し、調圧弁１４まで送る。本実施例では、印字ヘッドに直接インク１８を送るのではなく、制御部の熱源付近を経由し印字ヘッドにインク１８を送る。制御部２５の背面に制御部２５からの発生する熱を積極的に逃がそうとする図示しない放熱フィン等を用意する。放熱フィンの間にインク１８のインク加温流路５ｄを設ける。それにより、制御部の熱は積極的に逃げ、インク１８は加温される。

印字ヘッド１にはインク温度検出器１２を設け、目標の温度であるかの確認を行っている。インク温度検出器１２は、インク供給管５ｂのノズル６との接続箇所の近傍に設置してあり、ノズルに流入する直前のインク温度を計測可能になっている。インク１８の温度が目標の温度を超えてしまった場合、流路切り替え弁２６を用いることにより温度検出値に応じてＯＮ／ＯＦＦを制御することにより目標のインク温度にする。

以上より、インク流路を制御部付近も配管し熱交換器のように制御部とインクの間において熱の授受をする仕組みを構築することにより、従来付属していたＰＴＣヒータを省くことで印字ヘッドの小型化が実現できる。

１・・・ヘッド、３・・・ヒーターブロック、５ａ,５ｂ,５ｃ・・・インク供給管、５ｄ・・・インク加温流路、６・・・ノズル、１０・・・ガター、１２・・・インク温度検出器、１３・・・温度制御回路、１７・・・インク保持容器、１８・・・インク、２１・・・基盤、２３・・・フィン、２４・・・ファン、２５・・・制御部、１００・・・インクジェット記録装置

Claims (5)

1. インクを保持するインク容器と、
   前記インク容器と第一のインク流路を介して接続され、インク粒子を噴出するノズルと、
   噴出されたインク粒子を帯電させる帯電電極と、
   帯電されたインク粒子を偏向させる偏向電極と、
   印字に使用されないインク粒子を捕えられるガターと、を備えているインクジェット記録装置であって、
   印字動作を制御する制御部を備え、
   前記制御部で発生する熱を用いて、インクを加温することすることを特徴とするインクジェット記録置。
2. 請求項１に記載のインクジェット記録装置であって、
   前記制御部には、前記制御部の基盤で生じる熱を外部へ放出するフィンと、前記フィンを冷却するファンとを有し、前記ファンで前記フィンを介して発生した熱をインク供給管に送ることでインクを加温することを特徴とするインクジェット記録装置。
3. 請求項１に記載のインクジェット記録装置であって、
   前記第一のインク流路と両端が接続された第二のインク流路を有し、
   前記第二のインク流路は、前記制御部の基盤と近接して対向するように配置されていることを特徴とするインクジェット記録装置。
4. 請求項３に記載のインクジェット記録装置であって、
   前記第一のインク流路と前記第二のインク流路との接続部に流路切り替え弁が設けられていることを特徴とするインクジェット記録装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置であって、
   前記第一のインク流路の前記ノズルとの接続箇所の近傍に設置されたインク温度検出器と、
   前記インク温度検出器に接続され、前記インク温度検出器で検出したインク温度に応じてインク加温を制御する温度制御回路とを、有することを特徴とするインクジェット記録装置。

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