JP2016007783A - 印字装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多様なインクに対応しかつ安定した印字が可能であり、取扱い性に優れた印字装置を提供する。
【解決手段】本発明を適用したヘッドカセット１は、インクタンク２と、インクジェットヘッド３を備えている。インクタンク２は、内部にインクジェットインクを収容できる容器であって、ヘッドカセット１に対して着脱可能に取り付けられている。インクタンク２の底面側には、インクタンク２に接する形でヒータープレート４が配置されている。ヒータープレート４にはヒーターが内蔵され、インクタンク２を底面側から加温する部材となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は印字装置に関する。詳しくは、多様なインクに対応しかつ安定した印字が可能であり、取扱い性に優れた印字装置に係るものである。

近年、産業の様々な分野において印字装置が用いられている。また、印字装置は、印字方式により複数の分類がなされ、用途に応じて使い分けがなされている。

印字方式のうち、インクを微粒子化し、加圧等で射出するインクジェット方式を用いる印字装置は、機構が単純であることや、高精細な印刷結果が得られるという特徴を有している。

例えば、インクジェット方式の装置として、記録紙等の媒体にインクを吐出して印刷を行なうインクジェットプリンタや、基板上に回路や配線等を形成する電子基板向けの装置が存在する。

インクジェットプリンタや電子基板向けの装置に用いられるインクジェットでは、インクジェットヘッド側にインクを供給するためのインクタンクが配置され、インクジェットヘッドとインクタンクがインク供給経路で連通した構造となっている。

また、産業用インクジェットには、印字対象物の製造ライン上に印字装置を併設して、連続かつ高速での印字を行う装置が存在する。印字対象物は、例えば、長尺の段ボールやフィルム、ペットボトル、パウチ、金属缶等の商品容器、パルプ、紙、ゴム等があり、素材も形状も多岐に渡る。

印字速度は、例えば、長尺の素材では２００ｍ／ｍｉｎを超えるものもあり、高速かつ正確な印字を行うことが装置に求められている。また、印字を行う機構としては、製造ライン上に複数の対象物が分散されて流れてくるものを認識して印字を行う機構をはじめ、ロールトゥロール機構、枚葉型機構等が採用されている。

ここで、インクジェットに用いるインクには、色料の種類によって、染料インクと顔料インクの系統に分類される。

染料インクは、天然や合成の染料を溶剤に溶かしたインクであり、色再現性が高く、光沢が得られやすいという利点を有する。一方、耐水性や耐光性が低く、印字後の色の変動が大きいといった欠点もある。

顔料インクは、水や油に不溶の無機または有機の着色粉末からなる顔料を溶剤に分散させたインクであり、印刷面に顔料が付着して印字がなされる。顔料インクは、耐水性や耐光性に優れ、印字後の色の変動が少ないという利点を有する。

また、顔料インクは、印字対象が紙であれば、幅広い紙の種類に適用できる面も有している。一方、顔料インクには、耐摩擦性が低く、光沢がでにくい等の欠点がある。

このように染料インクと顔料インクは性質が異なり、用途に応じてインクジェットインクとして選択される。そして、染料インクと顔料インクのインクジェットでの使用時に影響する特性として、粘度の違いが存在し、顔料インクは染料インクに比して粘度が高いものとなっている。

インクの粘度は、印字後のインクの広がりや定着に関わる性質であると共に、印字装置の内部では、安定したインクの吐出に関わる重要な性質となっている。即ち、粘度の高いインクは抵抗が大きく、装置の内部流路での流動性や、ヘッド部分での吐出液滴の速度に影響する。

従って、連続かつ高速の印字が必要な用途では、粘性の低いインクの方が安定的な吐出が可能となるため、粘性の低い染料インクが選択される傾向にある。また、インクの粘度は温度変化に伴い変動するものであり、印字時のインク濃度を安定化させる上で、温度調節によるインクの粘度管理は重要な作業となる。

一般的にインクの粘度は高温にすると下がるものとなっている。そのため、室温では高粘度を示すインクを加温して粘度を低下させて、粘度を保持して使用する装置が用いられている。また、インクの加温はヘッド部分で行われる構造が多く見られる。

また、既存のインクジェットヘッドでは、一定温度のインクの粘度に併せて、インクの吐出に関わる共振周波数を設定している。インクの安定的な吐出には、想定される温度の上下５度の範囲にインク温度が維持される必要があると考えられている。

インクジェットインクの粘度に着目した印字装置として、例えば、特許文献１に記載のインクジェット印字装置が提案されている。

ここで、特許文献１には、図５に示すような装置１００が記載されている。装置１００は、インクの一次供給部１０１及び二次供給部１０２から構成される。一次供給部１０１は、メインタンク１０３と、一次脱気手段１０４及びサブタンク１０５を有している。

また、インクの二次供給部１０２では、一対の熱交換手段１０６に挟まれた分配器１０７が複数のインクジェットヘッド１０８に連結されている。また、二次供給部１０２には、二次脱気手段１０９が配置された循環経路１１０が形成されている。インクジェットヘッド１０８から対象物が搬送される搬送ステージ１１１へとインクが吐出される。

インクは一対の熱交換手段１０６により分配器１０７の位置で加温され、インクの粘度が下げられる構造となっている。また、分配器１０７中の加温されたインクの一部は、循環経路１１０に送られ、サブタンク１０５から送られたインクと共に、二次脱気手段１０９に供され、脱気処理される。

特開２００６−２０５６５４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置では、前述した高速の印字が必要となる産業用途では、以下のような理由から、安定的なインクの吐出が行えないものと考えられる。

まず、インクジェットヘッドからのインクの吐出速度に対して、インクの加温が間に合わなくなるという問題が生じる。例えば、６０〜８０ｍ／ｍｉｎの速度で印字を行うと、熱交換手段による加温の追従が間に合わなくなることが予想される。

インクの吐出を継続することで、加温が不充分なインクが一次供給部側のタンクから供給され、次第にインクジェットヘッドから吐出するインクの粘度が保持できなくなり、印字の品質に影響してしまう。

また、特許文献１に記載の装置では、タンクや装置の内部経路に加温手段を設けたとしても、インクが供給される経路が長い構造となっている。そのため、インクの温度の維持が難しく、位置によって温度分布にばらつきが生じるおそれがある。

更に、分配器から一部のインクを循環経路に回すことで、インクの温度が低下することになり、再度の加温を要することから、エネルギー効率が悪いとも思われる。

前述したように、既存のインクジェットヘッドの構造では、ヘッド部分での加温手段を設けたものが多く存在するが、この構造でも、高速印字での吐出の不安定化が懸念される。また、インクジェットヘッドや加温手段の形状によっては、高速印字を行うことで、インクの吐出部分の温度が低くなり、ヘッド内部の上流側が高温となる温度分布が生じることも考えられる。

また、インクの温度が保持できないと、あらかじめ所定の共振周波数に設定したインクジェットヘッドでのインクの吐出にずれが生じるものとなる。インクの吐出のずれは、やはり、印字の品質に悪影響を及ぼすことになる。

また、はじめから低粘度のインクのみを使用すれば、温度に関する問題は解消するが、使用可能なインクの種類が限定されることになる。種々の用途への適用を考慮すると、高粘度なインク、例えば、顔料インクにも対応できる方が、印字装置としての有用性を高めることができる。

本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、多様なインクに対応しかつ安定した印字が可能であり、取扱い性に優れた印字装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の印字装置は、内部にインクを収容可能に構成され、底部にインク供給口が形成されたインクタンクと、該インクタンクに接して収容されるインクを加温する温度制御手段と、前記インクタンクの下方近傍に配置され、前記インク供給口と連通されたインクジェットヘッドとを備える。

ここで、内部にインクを収容可能に構成され、底部にインク供給口が形成されたインクタンクによって、インクを印字装置内に収容可能となる。また、インク供給口からインクが送り出されるものとなる。

また、インクタンクに接して収容されるインクを加温する温度制御手段によって、インクを加温してインクの粘度を下げることが可能となる。即ち、室温で高粘度なインクについても、加温することで安定した吐出が可能となる。また、インクを高速で供給する際にも、インクタンクから供給されるインク自体が加温されていることから、インク温度のばらつきが生じにくいものとなっている。

また、インクタンクの下方近傍に配置され、インク供給口と連通されたインクジェットヘッドによって、インクタンクからインクが供給され、対象物に印字を行うことが可能となる。

また、インクタンク、温度制御手段及びインクジェットヘッドが一体化して構成された場合には、インクタンクとインクジェットヘッドから構成されるヘッドカセットとして印字装置を製造ライン上等に配置可能となる。また、インクタンクとインクジェットヘッド間のインクの供給経路を短くすることで、加温されたインクの温度を保持しやすいものとなる。更に、未使用時の印字装置の内部に残存するインク量を減らし、インクを効率よく使用することができる。また、ヘッドカセット単位での交換が可能となり、インクタンクの洗浄やメンテナンス等の保守性に優れたものとなる。

また、温度制御手段がインクタンクの底面に接して設けられた場合には、インクタンクを底面側から温度制御することが可能となる。即ち、タンクの内部のインクをインクジェットヘッドの供給される側から加温することとなり、ヘッドから吐出されるインクの温度を保持しやすいものとなっている。

また、温度制御手段がインクタンクに収容されたインクの残量に応じて温度を制御可能である場合には、インクの温度をより厳密に安定化させることができる。また、温度制御に必要なエネルギー効率を高めることができる。

また、インクジェットヘッドの駆動を制御する制御基板がインクタンクよりも上方に配置された場合には、制御基板の故障のリスクを減らすことができる。即ち、インクタンクが破損して、内部のインクが漏出した際にも、インクが制御基板にかかって、腐食等を生じにくいものとなる。

本発明に係る印字装置は、多様なインクに対応しかつ安定した印字が可能であり、取扱い性に優れたものとなっている。

本発明を適用した印字装置の概略図である。 本発明を適用した印字装置の概略斜視図である。 印字装置の可食インクプリンターへの使用例を示す概略図である。 印字装置の可食インクプリンターへの他の使用例を示す概略図である。 従来のインクジェット印字装置の構造を示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
図１は、本発明を適用した印字装置の概略図である。図２は、本発明を適用した印字装置の概略斜視図である。なお、以下に示す内容はあくまで、本発明を適用した構造の一例にすぎず、本発明の実施の形態は以下に示す構造に限定されるものではない。

図１に示すように、本発明を適用したヘッドカセット１は、インクタンク２と、インクジェットヘッド３を備えている。ここで、ヘッドカセット１が、本発明を適用した印字装置に該当するものである。

インクタンク２は、内部にインクジェットインクを収容できる容器であって、ヘッドカセット１に対して着脱可能に取り付けられている。

また、インクタンク２は、側面からの断面が略Ｌ字型の形状の容器であり、その底面にインク供給口が形成されている。また、インクタンク２は、インクへの溶出が少ない金属であるステンレスで形成されている。

インクタンク２の底面側には、インクタンク２に接する形でヒータープレート４が配置されている。ヒータープレート４にはヒーターが内蔵され、インクタンク２を底面側から加温する部材となっている。また、ヒータープレート４は、インクタンク２内部のインクの温度及びタンク内のインクの残量に応じて、加温時間や温度が制御されている。

また、インクジェットヘッド３はインク経路５を介してインクタンク２と連結され、印字対象物に印字を行う。また、インクジェットヘッド３は、ヘッド固定プレート６により、ヘッドカセット１に固定されている。

また、図２に示すように、インクタンク２の内部には、液フロートセンサー７が配置されている。液フロートセンサー７は、タンク内部のインクの液面レベルを検出し、インク残量を検出する装置である。

また、図示しないが、インクタンク２の内部には、Ｋ熱電対で構成される温度センサーが配置され、内部のインク温度の測定を行う。また、インクタンク２の底面側にもサーミスタが配置され、インクタンク２の温度を測定している。

また、ヘッドカセット１では、インクタンク２がインクジェット３よりも高い位置に配置されるため、圧力調整機構によりインクジェット３に負圧が印加され、水頭差に起因するインクの液だれを抑える構造となっている。

また、ヘッドカセット１では、インクジェット３駆動用のＡＭＰ基板が、図１の符号８で示す領域に配置されている。また、図１の符号９で示す領域には、ヘッド制御基板と接続されたＨＩＦ基板が配置されている。これらの基板類はいずれもＬ字型のタンクの水平方向に容積を有する部分よりも垂直上方に配置されている。

ここで、必ずしも、インクタンク２の形状は断面が略Ｌ字型に形成される必要はなく、その大きさをも限定されるものではない。ヘッドカセット１の形状やその他の内部構造に併せて適宜変更することができる。但し、インクの加温を効率よく行う観点から、インクタンク２の底面は平たく形成されることが好ましい。

また、必ずしも、インクタンク２がステンレスで形成される必要はなく、例えば、樹脂で形成することも考えられる。但し、前述したように、内部に収容するインクへの素材の溶出が少ない点から、ステンレス等の金属で形成されることが好ましい。

また、必ずしも、インクタンク２の底面側にヒータープレート４が配置される必要はなく、側面や上面側に加温のための部材を配置することも考慮され、インクタンク２を加温できれば充分である。但し、タンク内部のインクをインクジェットヘッド３に近い側から加温でき、ヘッドの供給されるインクの温度のばらつきを生じにくくできる点から、インクタンク２の底面側にヒータープレート４が配置されることが好ましい。

また、インクタンク２の加温手段はヒータープレート４に限定されるものではなく、タンク内のインクが加温できるものであれば充分である。また、加温だけでなく、冷却機能を有する部材を採用することもできる。

また、必ずしも、ヒータープレート４が、インクタンク２内部のインクの温度及びタンク内のインクの残量に応じて、加温時間や温度が制御する構成である必要はない。但し、より厳密な温度制御が可能になり、インク温度を一定に保ちやすくなる点から、ヒータープレート４が、インクタンク２内部のインクの温度及びタンク内のインクの残量に応じて、加温時間や温度が制御する構成であることが好ましい。

また、インクタンク２の内部のインクの温度が測定できれば、温度測定するための手段は特に限定されるものではない。

また、必ずしも、ヘッドカセット１で基板類がインクタンク２の垂直上方に配置される必要はない。但し、インクタンク２の損傷等によるインクの漏洩が生じても、基板類への影響が及びにくくなる点から、ヘッドカセット１で基板類がインクタンク２の垂直上方に配置されることが好ましい。

続いて、本発明を適用した印字装置の使用例について説明する。なお、ここで示す使用例は、本発明を適用した印字装置の適用例に過ぎず、以下に示す用途に限定されるものではない。
図３は、印字装置の可食インクプリンターへの使用例を示す概略図である。図４は、印字装置の可食インクプリンターへの他の使用例を示す概略図である。

図３に示すように、食品の製造ラインに配置される食品用印字プリンタ１０にヘッドカセット１１が取り付けられている。食品用印字プリンタ１０は、印字対象となる食品の製造ラインに取付け可能な搬送ベルト１２を有している。

また、食品用印字プリンタ１０、搬送ベルト１２の上を搬送されてくる印字対象物を認識する機構を有し、印字対象物がばらばらに流れてくる場合にも印字を行うことができる。

ヘッドカセット１１は駆動装置１３を介して、搬送ベルト１２の側にスライド移動可能に構成されている。また、ヘッドカセット１１のインクタンクには可食性インクが収容されている。

食品用印字プリンタ１０は、搬送ベルト１２を流れてくる食品、例えば、クッキーやお餅等のお菓子に文字や図柄を印字することができる。図４に示すように、印字の際には、搬送ベルト１２の上にヘッドカセット１１が位置し、搬送されてくるお菓子を認識し、あらかじめ設定された内容での印字を行う。

ヘッドカセット１１では、インクタンクが加温されることで、内部に収容する可食性インクの温度を高め、その粘度を下げることができる。そのため、既存の低粘度のインクだけでなく、室温では粘度の高いインクを安定して吐出することが可能となる。

印字対象物が食品や錠剤等の薬品である場合には可食性インクが用いられるが、この可食性インクとしては低粘度のものが使用されているのが現状である。そのため、本発明を利用することで、インクの選択の幅が広がり、より多様な印字を行うことが可能となる。

また、既知のインクジェットヘッドでインクを加温する機構とは異なり、インクタンクを加温するため、高速印字の際にインクの加温がインクの吐出に追いつかなくなる状態を生じにくくできる。例えば、６０〜８０ｍ／ｍｉｎの速度でも充分に対応可能な装置となっている。

また、ヘッドカセット１１では、インクタンクとインクジェットヘッドの間の距離が短く、コンパクトな設計となっている。そのため、インクの温度にばらつきが生じにくく、安定したインクの吐出が可能となる。また、インクの供給経路が短くなるため、未使用時の装置内部に残存するインク量が減り、無駄を減らすことができる。

更に、前述したような、可食インクを使用する場合には、ヘッドカセット全体の洗浄作業が頻繁に必要になるが、インクの供給経路が短いため、洗浄作業を容易化することができる。

本発明を適用した印字装置の一例であるヘッドカセットは、食品用印字プリンタだけでなく、その他の印字機構にも適用しうる。例えば、印字対象物としては、長尺の段ボールやフィルム、包装容器、金属缶、紙製品、ゴム製品等、複数の印字対象物に適用しうる。また、室温で高粘度のインクを使用可能であるため、印字対象物の範囲を広げ、その印字精度を高めることができる。

また、本発明品は、ロールトゥロール機構、枚葉型機構等の種々の印字機構に適用させることができる。

以上のように、本発明の印字装置は、多様なインクに対応しかつ安定した印字が可能であり、取扱い性に優れたものとなっている。

１ ヘッドカセット
２ インクタンク
３ インクジェットヘッド
４ ヒータープレート
５ インク経路
６ ヘッド固定プレート
７ 液フロートセンサー
８ ＡＭＰ基板の配置領域
９ ＨＩＦ基板の配置領域
１０ 食品用印字プリンタ
１１ ヘッドカセット
１２ 搬送ベルト
１３ 駆動装置

Claims (5)

1. 内部にインクを収容可能に構成され、底部にインク供給口が形成されたインクタンクと、
   該インクタンクに接して収容されるインクを加温する温度制御手段と、
   前記インクタンクの下方近傍に配置され、前記インク供給口と連通されたインクジェットヘッドとを備える
   印字装置。
2. 前記インクタンク、前記温度制御手段及び前記インクジェットヘッドが一体化して構成された
   請求項１に記載の印字装置。
3. 前記温度制御手段は前記インクタンクの底面に接して設けられた
   請求項１または請求項２に記載の印字装置。
4. 前記温度制御手段は前記インクタンクに収容されたインクの残量に応じて温度を制御可能である
   請求項１、請求項２または請求項３に記載の印字装置。
5. インクジェットヘッドの駆動を制御する制御基板が前記インクタンクよりも上方に配置された
   請求項１、請求項２、請求項３または請求項４に記載の印字装置。

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