JP4590388B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、インク滴を紙等の記録媒体に向けて吐出することで、記録媒体上に画像（文字、図、記号等を含む）を記録するインクジェット記録装置に関する。

インクの温度は、インクの粘度を左右する重要な因子の一つである。また、プリンタ等のインクジェット記録装置において、インクの粘度が所定の適切な範囲からはずれると、記録ヘッドからのインク吐出に不具合が生じることがある。つまり、良好な画像記録には、インクの温度を適切な範囲に保つことが重要である。

特許文献１では、インク供給系、すなわち、インクが貯留されるインクタンク、このインクを記録媒体上に吐出する記録ヘッド、及びインクタンクから記録ヘッドへインクを供給する供給路の温度を監視する温度監視手段を設けると共に、インク供給系を加熱するヒータを設けている。
特開２００３−２２０７１４号公報（２００３年８月５日公開）

特許文献１では、メインタンクにはヒータを設けていないので、冬季に長時間電源が切られていた後の立ち上げ時等では、インクが低温状態から使用時の許容温度範囲に達するまでの時間が長くなる。つまり、この間はインクジェット記録装置を使用することができず、待ち時間が長くなる。

一方、メインタンクにもヒータを設けると、メインタンクはインク供給系の他の部分と比べてインク容量が大きいので、メインタンク内のインクが許容温度範囲に達するまでのヒータの消費電力が大きくなる。

そこで、本発明は、消費エネルギーの増大を抑えると共に、すばやい立ち上がりを実現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、本発明のインクジェット記録装置は、インクにて記録媒体上に画像を記録するインクジェット記録装置であって、インクが貯蔵されているメインタンク、上記インクを記録媒体へ吐出する記録ヘッド、及び上記メインタンク内のインクを上記記録ヘッドに供給する供給部を備えるインク供給系と、上記インク供給系のインク供給方向に沿って複数設けられ、インクを加熱可能な加熱部と、インクジェット記録装置内の温度を検出する温度検出部と、を備え、上記加熱部は、上記温度検出部の検出結果が所定温度未満になるとインクを加熱するようになっていると共に、個々の加熱部は、下流側に配置されたものほど、上記所定温度が高く設定されている。

これによって、記録ヘッドに近い部分を加熱する加熱部の方が、遠い部分を加熱する加熱部よりも高い温度でもインクを加熱するようになっている。つまり、インク供給系全体を常に温めるのではなく、記録ヘッド近傍が優先的に温められる。そのため、消費エネルギーを増大させることなく、記録ヘッド周囲をすばやく画像形成可能な温度に高めることができる。

また、請求項２に記載するように、請求項１に記載のインクジェット記録装置において、上記加熱部のうち、上記インク供給方向において最下流に設けられた加熱部は、記録ヘッド内のインクを加熱するようになっていてもよい。

また、請求項３に記載するように、請求項１又は２に記載のインクジェット記録装置において、上記供給部は、上記メインタンクより小さく、上記メインタンクから記録ヘッドに向かうインクを一時的に貯留する補助タンクと、上記メインタンクと上記補助タンクとの間に設けられた第一流路と、上記補助タンクと上記記録ヘッドとの間に設けられた第二流路と、を備えてもよい。

また、請求項４に記載するように、請求項３に記載のインクジェット記録装置において、上記加熱部は、上記メインタンク、第一流路、補助タンク、第二流路、及び記録ヘッドに、少なくとも一つずつ設けられてもよい。

本発明のインクジェット記録装置によると、インク供給系全体を常に温めるのではなく、記録ヘッド近傍が優先的に温められる。そのため、消費エネルギーを増大させることなく、記録ヘッド周囲をすばやく画像形成可能な温度に高めることができる。

本発明のインクジェット記録装置について、その実施の形態を示すことで、具体的に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されるものではない。

〔１〕インクジェットプリンタ
インクジェット記録装置として、以下、多数のノズルを備えるヘッドが設けられた、ライン式インクジェットプリンタを例に挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

ライン式インクジェットプリンタとしては、特開２００６−１２３３９７号公報（２００６年５月１８日公開）に記載されている技術を好適に利用することができる。ライン式インクジェットプリンタの構造の一例を、図１、図２に示す。図１は、インクジェットプリンタの要部構成を示す正面図であり、図２は、インク吐出面側から見たヘッド周囲の構造を示す平面図である。なお、図２では説明の便宜上搬送ベルト１１１を点線で示す。

図１に示すプリンタ１００は、印刷用紙Ｐの搬送方向に沿って並べられた４つのヘッド１２を有するラインヘッド型カラーインクジェットプリンタである。各ヘッド１２は、同図において、用紙Ｐの搬送方向と直交する方向（図の紙面に直行する方向）に細長い矩形の外形を有している。プリンタ１００には、設置姿勢において下方に給紙装置１１４が、上方に紙受け部１１６が、その中間に搬送ユニット１２０がそれぞれ設けられている。さらに、プリンタ１００には、これらの動作を制御する制御装置２００が備えられている。

給紙装置１１４は、積層された複数の矩形の用紙Ｐを収容可能な用紙収容部１１５と、用紙収容部１１５内において最も上にある用紙Ｐを１枚ずつ搬送ユニット１２０に向けて送り出す給紙ローラ１４５とを有している。用紙収容部１１５内には、用紙Ｐがその長辺と平行な方向に給紙されるように収容されている。用紙収容部１１５と搬送ユニット１２０との間には、搬送経路に沿って複数の送りローラ１１８が適宜配置されている。給紙装置１１４から排出された印刷用紙Ｐは、その一方の短辺を先端として、送りローラ１１８によって搬送ユニット１２０へと送られる。

搬送ユニット１２０は、エンドレスの搬送ベルト１１１と、搬送ベルト１１１が巻き掛けられた複数のベルトローラ１０６とを備えている。個々のベルトローラ１０６間に巻き掛けられた搬送ベルト１１１には所定の張力が発生するようになっている。また、搬送ベルト１１１の一方の面（搬送面１２７）には、粘着性のシリコンゴムによる処理が施されており、印刷用紙Ｐは搬送面１２７に確実に粘着させられる。若しくは、搬送ベルト１１１に小径の穴を多数開けておき、搬送ベルト１１１の印刷用紙Ｐが保持される面と逆の面側から空気を吸引するファンなどの吸引手段を設け、印刷用紙Ｐを空気の吸引力により搬送ベルト１１１に保持する構造としてもよい。また、搬送面１２７はヘッド１２と対向するように配される。給紙装置１１４から送り出された印刷用紙Ｐは、その上面（印刷面）にヘッド１２によって印刷が施されつつ搬送ベルト１１１により搬送されて、紙受け部１１６に到達する。紙受け部１１６では、印刷が施された複数の印刷用紙Ｐが重なり合うように載置される。

４つのヘッド１２は、用紙搬送方向に沿って互いに近接配置されている。４つのヘッド１２の各底面（吐出面１３）には、微小径を有する多数のノズル８が設けられている（図２参照）。ノズル８から吐出されるインク色は、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のいずれかであって、同じヘッド１２に属する多数のノズル８から吐出されるインク色は同じである。なおかつ、４つのヘッド１２に属する多数のインク吐出口からは、マゼンタ、イエロー、シアン、ブラックの４色から選択された互いに異なる色のインクが吐出される。

吐出面１３と搬送ベルト１１１の搬送面１２７との間には、僅かな隙間が形成されている。印刷用紙Ｐは、この隙間を矢印で示す搬送方向に沿って搬送される。吐出面１３の下方を印刷用紙Ｐが順次通過する際、印刷用紙Ｐの上面に向けてノズル８からインクが画像データに応じて吐出されることで、印刷用紙Ｐ上に所望のカラー画像が形成される。

用紙搬送方向における搬送ユニット１２０の下流には、剥離プレート１４０が設けられている。剥離プレート１４０は、その搬送ユニット１２０側端部が印刷用紙Ｐと搬送ベルト１１１との間に入り込むことによって、搬送ベルト１１１の搬送面１２７に粘着させられている印刷用紙Ｐを搬送面１２７から剥離する。

搬送ユニット１２０と紙受け部１１６との間には、複数の送りローラ１２１が配置されている。搬送ユニット１２０から排出された印刷用紙Ｐは、送りローラ１２１によって紙受け部１１６へ送られる。

搬送方向において最も上流側にあるヘッド１２の上流には、搬送ベルト１１１上における印刷用紙Ｐの先端位置を検出するために、発光素子と受光素子とから構成される光学センサである紙面センサ１３３が配置されている。紙面センサ１３３からの出力信号によって印字用紙Ｐの先端が検出位置に到達したことが分かるので、それに合わせて制御装置２００からヘッド１２に吐出信号が供給される。こうして、印字用紙Ｐ上に、インクによって画像が形成される。この画像とは、文字、記号、図形等を含む。

制御装置２００は、図示しない操作盤等を介してユーザから受け付けた指示や各種センサの検知結果に応じて、プリンタ１００の各部との間でデータ信号及び制御信号の送受信を行い、画像形成動作、後述のインク温度調整動作等を統括的に制御するものである。具体的には、制御装置２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）等によって構成可能である。ＣＰＵは種々の演算を行い、プログラムを実行することがきる。ＲＯＭにはＣＰＵによって行われる制御に関するプログラムや、プリンタ１００内の各部の動作に関するプログラム等が格納されている。また、ＲＡＭは、ＣＰＵの作業領域として機能する他、ユーザの入力内容等を保持する領域等を有している。

また、プリンタ１００には、プリンタ１００の装置内の温度を検知する温度検知器３０が設けられている。温度検知部３０は、インク温度調節動作に利用されるので、より正確なインク温度調整を実現するためには、後述のメインタンク２１の近傍に設けられていることが好ましい。なお、本実施形態では、温度検出器３０はプリンタ１００内の気温を検出するものとしている。

〔２〕インク供給系
本実施形態では、ヘッド１２と、インクを貯留しておくメインタンク２１と、メインタンク２１とヘッド１２との間に設けられるサブタンク２２と、メインタンク２１からサブタンクへインクを供給する第一供給路２３と、サブタンク２２からヘッド１２にインクを供給するための第二供給路２４と、供給路２３に設けられ、メインタンク２１からサブタンク２２へとインクを送るポンプ２５とが、インク供給系２０を形成している。

メインタンク２１は、その内部のインクの減りに伴って外部から大気が流れ込むための通気孔３１を備える。またプリンタ１００に着脱可能に設けられている。図示しないインク残量センサによって、メインタンク２１内のインクが少なくなったことが検知されると、制御部２００は図示しない表示部によってユーザにタンク交換を促す。

サブタンク２２は、メインタンク２１と同様に、内部のインクの減りに伴って外部から大気が流れ込むための通気孔３２を備える。サブタンク２２は、メインタンク２１よりもインク容量が小さい。サブタンク２２は、メインタンク２１からのインクを溜め、サブタンク２２内のインクの水頭とヘッド１２内のインクの水頭との差、すなわち水頭差Ｄを適切に保つことで、ヘッド１２へのインク供給量を調整することができる。また、サブタンク２２には、サブタンク用のインク量センサ３３が設けられており、インク量センサ３３の検出結果は、制御装置２００に送られる。

また、インク供給系２０には、インクを温めるためのヒータが設けられている。図３に示すように、本実施形態では、インク供給系２０に、メインタンク２１内のインクを温めるメインタンクヒータＨ１、サブタンク２２内のインクを温めるサブタンクヒータＨ２、第二供給路２４内のインクを温める第二供給路ヒータＨ３、ヘッド１２内のインクを温めるヘッドヒータＨ４が設けられている。これらのヒータＨ１〜Ｈ４は、インク供給系２０の各部の外面に熱を与えることで、各部内のインクを温めるようになっている。

なお、第一供給路２３内のインクを温める第一供給路ヒータをさらに設けてもよいが、第一供給路２３内にはポンプ２５が動作している間しかインクが流入しないので、ヒータを設ける必要はない。

〔３〕インク温度調整
図４、図５に基づいて、プリンタ１００のインク温度調整について具体的に説明する。図４は、インク温度調整動作時の信号の流れを示すブロック図であり、図５はインク温度調整動作のフローチャートである。

図４に示すように、制御装置２００は、特に温度制御部２０１、及び図示しない記憶部等を備える。この記憶部は、記憶部内に加熱時間テーブル２０２を記憶している。この他にも、制御装置２００は、供給制御部等を備えてもよい。供給制御部は、サブタンクインク用のインク量センサ２０１の検出結果に基づいてポンプ２５のモータを制御し、メインタンク２１からサブタンク２２にインクを供給することができる。

温度制御部２０１は、温度検出器３０の検出結果に基づいて、上述のヒータＨ１〜Ｈ４のＯＮ／ＯＦＦを制御することで、インク供給系２０におけるインクの温度を適切な範囲に調整することができる。温度制御部２０１は、メインタンクヒータＨ１、サブタンクヒータＨ２、第二供給路ヒータＨ３、ヘッドヒータＨ４について、それぞれ個別に基準値Ｌ１〜Ｌ４を有している。そして、基準値Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４となっている。そして、温度検出器３０の検出温度Ｔが、基準値Ｌ１〜Ｌ４のいずれかを下回ったときに、その基準値に対応するヒータをＯＮにする。つまり、温度制御部２０１は、インク供給系２０のインク供給方向（メインタンク２１からヘッド１２に向かう方向。図３中に矢印で示す）においてより上流に設けられたヒータは、より温度が低くならないとＯＮにしない。そして、温度制御部２０１は、下流に設けられたヒータについては、比較的高い温度でもＯＮにするようになっている。

これらの基準値Ｌ１〜Ｌ４は、具体的な値に限定されるものではなく、プリンタ１の設置環境、プリンタ１の構成（ノズルの大きさ、液滴の吐出速度等）、インクの種類等によって適宜変更可能である。本実施形態では、Ｌ１を５℃、Ｌ２を１０℃、Ｌ３を１５℃、Ｌ４を２０℃とする。

また、インク温度の適切な範囲とは、インクの種類、プリンタ１の構成等によって異なるので、具体的な値に限定されるものではない。本実施形態では、仮に２０℃〜５０℃の範囲が適切な範囲であるとする。

本実施形態では、プリンタ１００に電源が投入されたとき、又は装置の消費電力を抑える低電力モードからの復帰時等に、制御装置１００がこのインク調整動作行うものとする。但し、これ以外にも、温度検出器３０の検出結果を常時モニターし、この検出結果に基づいて、インク温度調節動作を行ってもよい。

本実施形態では、温度制御部２０１は、各ヒータ（Ｈ１〜Ｈ４）をＯＮにしてから、所定時間が経過するとＯＦＦにするようになっている。

そこで、プリンタ１００は、さらにタイマ群２０３を備える。タイマ群２０３に含まれる４つのタイマは、メインタンクヒータＨ１、サブタンクヒータＨ２、第二供給路ヒータＨ３、及びヘッドヒータＨ４のそれぞれに対応するように設けられる。ヒータ（Ｈ１〜Ｈ４のいずれか）がＯＮになったときには、タイマ２０３群の対応する各タイマも制御部２００によってＯＮにされ、加熱時間のカウントが開始される。各タイマが、予め設定された所定時間をカウントすると、温度制御部２０１は、このタイマに対応するヒータをＯＦＦに切り替える。

この所定時間とは、加熱時間テーブル２０２に記録されている設定時間ｍである。加熱時間テーブル２０２は、プリンタ１００内の温度Ｔと、インクの温度を適切範囲とするために要する設定時間ｍとを対応付けて示すものである。図６に加熱時間テーブルの具体例を示す。このテーブルは目標インク温度を２０℃としており、温度が５℃であるときには、加熱を５分行えばインク温度が２０℃に達することを示している。

なお、この設定時間ｍは目標とするインク温度によって異なる。また、図６には、温度Ｔと設定時間ｍとが一対一で対応するテーブル２０２を示したが、これに限らず、複数の目標インク温度を有し、温度Ｔの１つの値に対して各目標温度に対応するように複数の設定時間ｍを有するものであってもよい。

また、上述の記憶部（図示せず）は、タイマ群２０３の各タイマに対応する、すなわち各ヒータ（Ｈ１〜Ｈ４）に対応する、複数の加熱時間テーブル２０２を記憶する。そして、この加熱時間テーブル２０２はそれぞれ、異なる設定時間ｍを有する。言い換えると、ヒータ（Ｈ１〜Ｈ４）について、それぞれ異なる設定時間ｍが設定されている。

ここで、メインタンクヒータＨ１に対応するタイマに対応する設定時間ｍは、メインタンク２１内のインク量に応じて設定時間ｍが変更できるようになっていてもよい。この場合、温度制御部２０１は、メインタンク２１内のインク量が大きいほど、設定時間ｍを長くするようになっていてもよい。

また、ヒータ（Ｈ１〜Ｈ４）が加熱対象（メインタンク２１等）の温度を規定値にまで上昇させる時間が同じになるように、各加熱対象を加温するヒータの熱容量を、それぞれ異ならせてもよい。すなわち、加熱対象の内容量が大きくなるほど、それを加温するヒータの熱容量を大きくなっていてもよい。こうすることで、２以上のヒータがＯＮとされたときに、各ヒータを同時にＯＦＦすることも可能である。なお、この場合は、タイマは一つでよい。

特に、メインタンクヒータＨ１内のインク量は変動が大きいので、メインタンクヒータＨ１の熱容量は、メインタンク２１内のインク量に応じて可変であることが好ましい。すなわち、メインタンクヒータＨ１の熱容量は、メインタンク２１内のインク量が少なくなるほど、小さくすることができるようになっていることが好ましい。

以下、温度調整動作の具体例について、図５を参照して説明する。

まず、制御装置２００は、温度検出器３０の検出結果を読み込む（Ｓ１）。

この検出結果Ｔが温度５℃（基準値Ｌ１）未満を示すと、温度制御部２０１はメインタンクヒータＨ１、サブタンクヒータＨ２、第二供給路ヒータＨ３、ヘッドヒータＨ４を全てＯＮにする（Ｓ２でＹｅｓ→Ｓ３）。このとき、タイマ２０３群を全てＯＮにして、加熱時間が設定時間ｍに達するまで加熱を継続する（Ｓ４→Ｓ５でＮｏ→Ｓ６）。加熱時間が設定時間ｍに達したところで、タイマ２０３群をクリアして、ヒータＨ１〜Ｈ４をＯＦＦにし、動作を終了する（Ｓ５でＹｅｓ→Ｓ７→Ｓ８）。その後は印刷可能であるので、ユーザからの印刷指示に従って、印刷を実行する。

一方、温度Ｔが５℃（基準値Ｌ１）以上１０℃（基準値Ｌ２）未満であるときは、メインタンクヒータＨ１のみをＯＦＦとし、他の３つのヒータＨ２〜Ｈ４をＯＮにする（Ｓ２でＮｏ→Ｓ９でＹｅｓ→Ｓ１０）。そして、タイマ群２０３のうち、ＯＮにしたヒータに対応するタイマによるカウントを開始する。後は、上述したように加熱時間が設定時間ｍに達するまで加熱を継続する。

また、温度Ｔが１０℃（基準値Ｌ２）以上１５℃（基準値Ｌ３）未満であれば、メインタンクヒータＨ１及びサブタンクヒータＨ２をＯＦＦにし、後の２つのヒータＨ３、Ｈ４をＯＮにし、各ヒータの加熱時間が設定時間ｍに達するまで加熱を行う（Ｓ２及びＳ９でＮｏ→Ｓ１１でＹｅｓ→Ｓ１２）。

また、温度Ｔが１５℃（基準値Ｌ３）以上２０℃（基準値Ｌ４）未満であれば、ヘッドヒータＨ４のみをＯＮにし、ヘッドヒータＨ４の加熱時間が設定時間ｍに達するまで加熱を行う（Ｓ２、Ｓ９、Ｓ１１でＮｏ→Ｓ１３でＹｅｓ→Ｓ１４）。

また、温度Ｔが２０℃以上であるときには、全てのヒータをＯＦＦとしたまま、動作を終了する（Ｓ２、Ｓ９、Ｓ１１、Ｓ１３でＮｏ→Ｓ８）
本実施形態では、加熱時間が設定時間ｍに達したところで加熱を止めるものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、メインタンク２１、サブタンク２２にそれぞれ、内部のインクの温度を検知する温度センサを取り付けておき、温度制御部２０１は、この温度センサが所定温度（例えば２０℃）以上を検知すれば加熱を止めるようになっていてもよい。他にも、第二供給路２４、又はヘッド１２自体の温度を測定する温度センサを設けて、温度制御部２０１は、この温度センサが所定温度（例えば２０℃）以上を検知すると加熱を止めるようになっていてもよい。

さらには、図５に示すフローにおいて、加熱時間が設定時間ｍに満たなくても、プリンタ１００内の温度、又は、メインタンク２１等の部材若しくはこれらの内部の温度が上限値（例えば４５℃）を超えたら加熱を停止するように、温度制御部２０１が校正されていてもよい。

特に、ライン式インクジェットプリンタでは、インクを細い流路に通す構造となっているので、ノズルが目詰まりを起こしたり、吐出された液滴のスピード又は向き等が変わったり、といった吐出不良が起こりやすい。

インクジェット記録装置が吐出するインクは、水性、油性、色素が溶解した溶液、顔料等の粒子が分散した分散液等、その性質、構成共に特に限定されるものではない。特に、顔料が液体中に分散した分散液であるインクにおいては、高質な画像を得るために顔料濃度を高くしたいという要求がある。しかし、その一方で顔料濃度を高くすると粘度が高くなり、吐出不良が起こりやすい。

液体の吐出不良の起こりやすいこれらの条件下においても、本実施形態の構成によれば、インク供給系２０のヘッド１２に近い部分のインクから優先的に温めることができるので、加熱時間を短縮しても、このような吐出不良がおこりにくい。

以上、異なる欄に記載した事項は互いに適宜組み合わせることが可能であり、さらに公知の技術を組み合わせることも可能である。このようにして得られる技術についても、本発明に含まれることはいうまでもない。

本発明の実施の一形態であるプリンタ１００の要部構成を示す正面図である。 インク吐出面側から見たヘッド周囲の構造を示す平面図である。 インク供給系２０とその周囲の構成を示す正面図である。 プリンタ１００における温度調整動作時の信号の流れを示すブロック図である。 プリンタ１００における温度調整動作時の処理の流れを示すフローチャートである。 加熱時間テーブルの一例を示す図面である。

Claims (4)

1. インクにて記録媒体上に画像を記録するインクジェット記録装置であって、
   インクが貯蔵されているメインタンク、上記インクを記録媒体へ吐出する記録ヘッド、及び上記メインタンク内のインクを上記記録ヘッドに供給する供給部を備えるインク供給系と、
   上記インク供給系のインク供給方向に沿って複数設けられ、インクを加熱可能な加熱部と、
   インクジェット記録装置内の温度を検出する温度検出部と、を備え、
   上記加熱部は、上記温度検出部の検出結果が所定温度未満になるとインクを加熱するようになっていると共に、
   個々の加熱部は、下流側に配置されたものほど上記所定温度が高く設定されているインクジェット記録装置。
2. 上記加熱部のうち、上記インク供給方向において最下流に設けられた加熱部は、記録ヘッド内のインクを加熱するようになっている請求項１に記載のインクジェット記録装置。
3. 上記供給部は、
   上記メインタンクより小さく、上記メインタンクから記録ヘッドに向かうインクを一時的に貯留する補助タンクと、
   上記メインタンクと上記補助タンクとの間に設けられた第一流路と、
   上記補助タンクと上記記録ヘッドとの間に設けられた第二流路と、
   を備える請求項１又は２に記載のインクジェット記録装置。
4. 上記加熱部は、上記メインタンク、第一流路、補助タンク、第二流路、及び記録ヘッドに、少なくとも一つずつ設けられる請求項３に記載のインクジェット記録装置。

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