JP5367629B2 - インクジェットプリンタ - Google Patents
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Description
本発明の実施例1は、インク循環方式を採用するカラーインクジェットプリンタに本発明を適用した例を説明するものである。なお、実施例1及びそれ以降に説明する実施例おいて、理解を容易にするために1色分のインク例えばブラックインクのインク循環システムについて説明するが、それ以外の色具体的にはシアンインク、マゼンダインク、イエローインクのそれぞれのインク循環システムにはその構成や説明を省略するが同様の構成が採用される。つまり、カラーインクジェットプリンタには4色分のインクを各々独立に循環させる4つのインク循環システムが組み込まれる。また、本発明は、必ずしもカラーインクジェットプリンタにのみ適用されるのではなく、グレースケールを含むモノクロインクジェットプリンタにも適用可能である。
図2に示すように、実施例1に係るインク循環方式を採用するインクジェットプリンタ10は、プリントする用紙を供給し、この用紙にプリントを行い、このプリントされた用紙を排出する用紙搬送機構を有する。インクジェットプリンタ10において、符号を付けていない筐体の左側側面にはこの筐体から外側に突出する着脱自在の給紙台101が配設され、筐体内部には複数の給紙トレイ102、103、104及び105が配設されている。これらの給紙台101及び給紙トレイ102〜105には未プリント(印刷前)の用紙が格納されている。また、インクジェットプリンタ10の筐体の左側上部には排紙台110が配設されている。排紙台110にはプリント済み(印刷後)の用紙が排出される。
前述の図2に示すインクジェットプリンタ10のプリント動作は以下の通りである。まず最初に、給紙台101、給紙トレイ102〜105のいずれかから供給された未プリント状態の用紙は、特に符号を付していないが、ローラ等により構築される駆動機構によって筐体内の給紙系搬送路に沿って搬送され、レジスト部121に導かれる。レジスト部121は、搬送された用紙の供給方向先端の位置合わせ、斜行修正等を行う機能を有し、給紙系搬送路に対して垂直方向に配設された一対のレジストローラを備えている。レジスト部121に搬送された用紙はここで一旦停止され後、所定のタイミングにおいてプリントヘッド2が配列されたプリントユニット(印刷部)の方向に搬送される。
実施例1に係るインクジェットプリンタ10は、図1に示すインク循環システム1を備えている。このインク循環システム1は、前述の図2において説明したインクジェット型プリントヘッド2と、プリントヘッド2に一端が接続されプリントヘッド2にインクを供給する第1のインク循環経路32と、プリントヘッド2に一端が接続されプリントヘッド2から排出されるインクを循環させる第2のインク循環経路42と、インク温度調整ユニット5とを備えている。インク温度調整ユニット5は、第2のインク循環経路42の他端に一端が接続され、第1のインク循環経路32の他端に他端が接続され、インクの冷却に使用する第1の温度調整用経路51と、この第1の温度調整用経路51に対して分岐されて第2のインク循環経路42の他端に一端が接続され、第1の温度調整用経路51と集合されて第1のインク循環経路32の他端に他端が接続され、少なくとも第1のインク循環経路32側において第1の温度調節用経路51の流路抵抗に比べて流路抵抗が高く、インクの加熱に使用する第2の温度調整用経路52とを備えている。
図1に示すインク循環システム1の全体のインク循環動作は以下の通りである。
前述の図1に示すように、実施例1に係るインク温度調整ユニット5は、第1の温度調整用経路51と、第2の温度調整用経路52と、冷却ユニット54及び55と、加熱ユニット56とを備えている。ここで、冷却ユニット54、55、加熱ユニット56の少なくともいずれか1つはこのインク温度調整ユニット5の外付け装置として構築してもよい。
実施例1に係るインク温度調整ユニット5のインク循環動作は以下の通りである。図5(A)に示すインク温度調整ユニット5は、加熱ユニット56、冷却ユニット54及び55のいずれも稼働していない状態である。プリントヘッド2から回収されたインクは第2のインク循環経路42、第2のインクタンク43、インク循環ポンプ44のそれぞれを通してインク温度調整ユニット5に流れる。このインクは、インク温度調整ユニット5の分岐部531に流入され、分岐部531の第1の分岐経路5311、第1の熱交換ブロック510の第1の熱交換経路511及び集合部532の第1の集合経路5321により構築される第1の温度調整用経路51を通して第1のインクタンク31に循環される。一方、分岐部531に流入されたインクはその第2の分岐経路5312に分流され、このインクは第2の熱交換ブロック520の第2の熱交換経路521、抵抗経路522及び集合部532の第2の集合経路5322により構築される第2の温度調整用経路52を通して第1の温度調整用経路51に流れるインクと合流した後に第1のインクタンク31に循環される。
次に、実施例1に係るインク温度調整ユニット5において、第1の温度調整用経路51と第2の温度調整用経路52とに流れるインクの流量と抵抗経路522との具体的な関係の一例は以下の通りである。
ここで、(1)式中、ΔPは差圧、μは粘性係数、uは平均流速、lは経路長(L、L1又はL2)、rは半径(ΦA/2、ΦB1/2、ΦB2/2)である。経路の円管内の流量は下記(2)式に基づき算出される。
(2)式中、Qは経路内の流量、Aは経路の円管内の断面積である。この流量を計算する(2)式は経路内の圧力損失と流路抵抗とを含めた下記(3)式により表すことができる。
(3)式中、Rは経路の流路抵抗である。上記(3)式に上記(1)式及び(2)式を代入し展開すると、流路抵抗を下記(4)式に基づき算出することができる。
上記計算式を用いて、インク温度調整ユニット5の第1の熱交換経路511及び第2の熱交換経路521に循環されるインクの流量と流路抵抗との温度依存性を図8に示すように算出することができる。ここで、熱交換器A(第1の熱交換ブロック510)の第1の熱交換経路511の長さLは300mm、直径ΦAは4mm、熱交換器B(第2の熱交換ブロック520)の第2の熱交換経路521の長さL1は190mm、直径ΦB1は4mm、抵抗経路522の長さL2は110mm、直径ΦB2は3.9mmに設定される。図8中、横軸は段階的(ここでは5℃毎)に変化する温度上昇に対する流路抵抗(Pa・s/m3)を示す。この温度はインク温度調整ユニット5に入ってくるインクの温度である。縦軸は、双方の経路の合計の流路抵抗(Pa・s/m3)、熱交換器Aの流量(mL/s)、熱交換器Bの流量(mL/s)、熱交換器Aの流量を1としたときの熱交換器Bの流量比(A/B)のそれぞれを示す。流路抵抗、流量、流量比の各項目には、第1の温度調整用経路511、第2の温度調整用経路521のそれぞれに循環されるインクの温度差毎、具体的には同温、5℃、10℃、15℃及び20℃の温度差毎に算出された結果が示されている。この温度差はインク温度調整ユニット5から出るときのインクの温度である。
インク温度調整ユニット5は前述の図5(A)に示す状態にあり、インク循環システム1の経路内のインク温度が10℃、インク温度調整ユニット5の熱交換器Aの第1の熱交換経路511に循環されるインク温度が10℃、熱交換器Bの第2の熱交換経路521に循環されるインク温度が10℃の同温のとき、以下の計算結果が算出される。
6本の第2の熱交換経路521の流路抵抗:9.077×10-5Pa・s/m3
6本の抵抗経路522の流路抵抗 :5.815×10-5Pa・s/m3
合計の流路抵抗 :7.303×10-5Pa・s/m3
熱交換器Aの流量 :1.529mL/s
熱交換器Bの流量 :1.471mL/s
流量比 :0.96
この算出結果から、インク温度調整ユニット5の第1の熱交換経路511と第2の交換経路521とに流れるインクの温度が同温の場合には、抵抗経路522に基づく流路抵抗が存在する分、第2の熱交換経路521に流れるインクの流量が減少する。第2の熱交換経路521に流れるインクの流量は第1の熱交換経路511に流れるインクの流量の0.96倍である。
インク温度調整ユニット5は前述の図5(B)に示す状態にあり、インク循環システム1の経路内のインク温度が10℃、加熱ユニット56を稼働し、インク温度調整ユニット5の熱交換器Bの第2の熱交換経路521に循環されるインク温度が15℃上昇して25℃に達したとき、以下の計算結果が算出される。
熱交換器Aの流量 :1.387mL/s
熱交換器Bの流量 :1.613mL/s
流量比 :1.16
この算出結果から、インク温度調整ユニット5において、加熱ユニット56を稼働し、第2の温度調整用経路52を加熱する場合には、抵抗経路522を含む第2の熱交換経路521に流れるインクの粘度が低下し、流路抵抗が減少し、第2の熱交換経路521に流れるインクの流量が増加する。第1の熱交換経路511に流れるインクの流量は相対的に減少する。第2の熱交換経路522に流れるインクの流量は第1の熱交換経路511に流れるインクの流量の1.16倍に達する。
インク温度調整ユニット5は前述の図5(A)に示す状態にあり、インク循環システム1の経路内のインク温度が40℃、インク温度調整ユニット5の熱交換器Aの第1の熱交換経路511に循環されるインク温度が40℃、熱交換器Bの第2の熱交換経路521に循環されるインク温度が40℃の同温のとき、以下の計算結果が算出される。
6本の第2の熱交換経路521の流路抵抗:3.256×10-5Pa・s/m3
6本の抵抗経路522の流路抵抗 :2.086×10-5Pa・s/m3
合計の流路抵抗 :2.619×10-5Pa・s/m3
熱交換器Aの流量 :1.529mL/s
熱交換器Bの流量 :1.471mL/s
流量比 :0.96
この算出結果から、インク温度調整ユニット5の第1の温度調整用経路51と第2の温度調整用経路52とに流れるインクの温度が同温の場合には、上記(1)の計算結果と同様に、抵抗経路522に基づく流路抵抗が存在する分、第2の熱交換経路521に流れるインクの流量が減少する。第2の熱交換経路521に流れるインクの流量は第1の熱交換経路51に流れるインクの流量の0.96倍である。
インク温度調整ユニット5は前述の図5(C)に示す状態にあり、インク循環システム1の経路内のインク温度が40℃、冷却ユニット54によって、又は冷却ユニット54に併せて冷却ユニット55を稼働し、インク温度調整ユニット5の熱交換器Aの第1の熱交換経路511に循環されるインク温度が5℃下降して35℃に達したとき、以下の計算結果が算出される。
熱交換器Aの流量 :1.476mL/s
熱交換器Bの流量 :1.524mL/s
流量比 :1.03
この算出結果から、インク温度調整ユニット5において、冷却ユニット54によって、又は冷却ユニット54に併せて冷却ユニット55を稼働し、第1の温度調整用経路51を冷却する場合には、抵抗経路522を含む第2の熱交換経路521に流れるインクの粘度が増加し、流路抵抗が増加し、第2の熱交換経路521に流れるインクの流量が減少する。そして、第1の熱交換経路511に流れるインクの流量は相対的に増加する。第2の熱交換経路521に流れるインクの流量は第1の熱交換経路51に流れるインクの流量の1.03倍に減少する。
インク温度調整ユニット5は前述の図5(A)に示す状態にあり、インク循環システム1の経路内のインク温度が10℃、インク温度調整ユニット5の熱交換器Aの第1の熱交換経路511に循環されるインク温度が10℃、熱交換器Bの第2の熱交換経路521に循環されるインク温度が10℃の同温のとき、以下の計算結果が算出される。
6本の第2の熱交換経路521の流路抵抗:9.077×10-5Pa・s/m3
6本の抵抗経路522の流路抵抗 :4.055×10-4Pa・s/m3
合計の流路抵抗 :2.368×10-4Pa・s/m3
熱交換器Aの流量 :1.568mL/s
熱交換器Bの流量 :1.432mL/s
流量比 :0.91
この算出結果から、インク温度調整ユニット5の第1の熱交換経路511と第2の交換経路521とに流れるインクの温度が同温の場合には、抵抗経路522に基づく流路抵抗が存在する分、第2の熱交換経路521に流れるインクの流量が減少する。第2の熱交換経路521に流れるインクの流量は第1の熱交換経路511に流れるインクの流量の0.91倍である。
インク温度調整ユニット5は前述の図5(B)に示す状態にあり、インク循環システム1の経路内のインク温度が10℃、加熱ユニット56を稼働し、インク温度調整ユニット5の熱交換器Bの第2の熱交換経路521に循環されるインク温度が15℃上昇して25℃に達したとき、以下の計算結果が算出される。
熱交換器Aの流量 :1.235mL/s
熱交換器Bの流量 :1.765mL/s
流量比 :1.43
この算出結果から、インク温度調整ユニット5において、加熱ユニット56を稼働し、第2の温度調整用経路52を加熱する場合には、抵抗経路522を含む第2の熱交換経路521に流れるインクの粘度が低下し、流路抵抗が減少し、第2の熱交換経路521に流れるインクの流量が増加する。第1の熱交換経路511に流れるインクの流量は相対的に減少する。第2の熱交換経路522に流れるインクの流量は第1の熱交換経路511に流れるインクの流量の1.43倍に達する。
インク温度調整ユニット5は前述の図5(A)に示す状態にあり、インク循環システム1の経路内のインク温度が40℃、インク温度調整ユニット5の熱交換器Aの第1の熱交換経路511に循環されるインク温度が40℃、熱交換器Bの第2の熱交換経路521に循環されるインク温度が40℃の同温のとき、以下の計算結果が算出される。
6本の第2の熱交換経路521の流路抵抗:3.256×10-5Pa・s/m3
6本の抵抗経路522の流路抵抗 :1.454×10-4Pa・s/m3
合計の流路抵抗 :8.494×10-5Pa・s/m3
熱交換器Aの流量 :1.568mL/s
熱交換器Bの流量 :1.432mL/s
流量比 :0.91
この算出結果から、インク温度調整ユニット5の第1の温度調整用経路51と第2の温度調整用経路52とに流れるインクの温度が同温の場合には、上記(1)の計算結果と同様に、抵抗経路522に基づく流路抵抗が存在する分、第2の熱交換経路521に流れるインクの流量が減少する。第2の熱交換経路521に流れるインクの流量は第1の熱交換経路51に流れるインクの流量の0.91倍である。
インク温度調整ユニット5は前述の図5(C)に示す状態にあり、インク循環システム1の経路内のインク温度が40℃、冷却ユニット54によって、又は冷却ユニット54に併せて冷却ユニット55を稼働し、インク温度調整ユニット5の熱交換器Aの第1の熱交換経路511に循環されるインク温度が5℃下降して35℃に達したとき、以下の計算結果が算出される。
熱交換器Aの流量 :1.516mL/s
熱交換器Bの流量 :1.484mL/s
流量比 :0.98
この算出結果から、インク温度調整ユニット5において、冷却ユニット54によって、又は冷却ユニット54に併せて冷却ユニット55を稼働し、第1の温度調整用経路51を冷却する場合には、抵抗経路522を含む第2の熱交換経路521に流れるインクの粘度が増加し、流路抵抗が増加し、第2の熱交換経路521に流れるインクの流量が減少する。そして、第1の熱交換経路511に流れるインクの流量は相対的に増加する。第2の熱交換経路521に流れるインクの流量は第1の熱交換経路51に流れるインクの流量の0.98倍に減少する。
前述の実施例1に係るインクジェットプリンタ10において、インク温度調整ユニット5の抵抗経路522は以下に説明する第1の変形例〜第12の変形例のように変形可能である。
以上説明したように、実施例1に係るインクジェットプリンタ10は、第2のインク循環経路42からインクの循環を分岐し、第1のインク循環経路32にインクの循環を集合される第1の温度調整用経路51及び第2の温度調整用経路52を有し、第2の温度調整用経路52に抵抗経路522を有し、インクの循環流量を自己調整することができるインク温度調整ユニット5を備える。このインク温度調整ユニット5においては、循環されるインクを加熱したいときに第2の温度調整用経路52に流れるインクの流量を増加し、冷却したいときに第1の温度調整用経路52に流れるインクの流量を増加することが自動的に行える。従って、電磁弁並びにその制御システムを用いることなく、簡易な構成において、インク循環システム1に循環されるインクの加熱効率並びに冷却効率を向上することができる。
本発明の実施例2は、前述の実施例1に係るインクジェットプリンタ10のインク温度調整ユニット5において、加熱ユニット56の配置位置を代えた例を説明するものである。
本発明の実施例3は、前述の実施例1に係るインクジェットプリンタ10のインク温度調整ユニット5と実施例2に係るインクジェットプリンタ10のインク温度調整ユニット5とを組み合わせた例を説明するものである。
上記のように、本発明を実施例1乃至実施例3によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものでない。本発明は様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術に適用することができる。例えば、前述の実施例に係るインク温度調整ユニットは循環されるインクを冷却する第1の温度調整用経路51と加熱する第2の温度調整用経路52とを備えているが、本発明は、上記実施例において説明した冷却と加熱との間の温度に調整する第3の温度調整用経路、更にはそれ以上の温度調整用経路を更に備えてもよい。
Claims (8)
- インクジェット型プリントヘッドと、
前記プリントヘッドに接続され前記プリントヘッドにインクを供給する第1のインク循環経路と、
前記プリントヘッドに接続され前記プリントヘッドから排出される前記インクを循環させる第2のインク循環経路と、
インク温度調整ユニットと、を備え、
前記インク温度調整ユニットは、
前記第1のインク循環経路及び前記第2のインク循環経路に接続され、前記インクの冷却に使用される第1の温度調整用経路と、
前記第1のインク循環経路に前記第1の温度調整用経路とは分岐して接続されるとともに、前記第2のインク循環経路に前記第1の温度調整用経路と集合して接続され、少なくとも前記第1のインク循環経路側において前記第1の温度調節用経路の流路抵抗に比べて流路抵抗が高く、前記インクの加熱に使用される第2の温度調整用経路と、を備えたことを特徴とするインク循環方式を採用するインクジェットプリンタ。 - 前記インク温度調整ユニットの前記第1の温度調整用経路及び前記第2の温度調整用経路には同時に前記インクが循環されることを特徴とする請求項1に記載のインクジェットプリンタ。
- 前記インク温度調整ユニットの前記第2の温度調整用経路の流路抵抗は、前記第1の温度調整用経路、前記第2の温度調整用経路のそれぞれに循環される前記インクの温度が同一の場合において、前記第1の温度調整用経路の流路抵抗に比べて高く、
前記第2の温度調整用経路に循環される前記インクの流量は、前記第1の温度調整用経路に循環される前記インクの温度に対して前記第2の温度調整用経路に循環される前記インクの温度が一定温度以上高くなった場合において、前記第1の温度調整用経路に循環される前記インクの流量に対して多い
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のインクジェットプリンタ。 - 前記インク温度調整ユニットの前記第2の温度調整用経路は、部分的に経路径を縮小し、又は部分的に経路長を長くし、又は部分的に経路内壁の粗さを粗くして流路抵抗を高く設定していることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。
- 前記インク温度調整ユニットは、
前記第1のインク循環経路側の第1の表面から前記第1のインク循環経路側の第2の表面に達する第1の熱交換経路を有する第1の熱交換ブロックと、
前記第2のインク循環経路側の第3の表面から前記第2のインク循環経路側の第4の表面に達する第2の熱交換経路を有する第2の熱交換ブロックと、
前記第1の熱交換ブロックの前記第1の表面上及び前記第2の熱交換ブロックの前記第3の表面上に配設され、前記第1の熱交換経路と前記第1のインク循環経路とを接続する第1の集合経路及び前記第2の熱交換経路と前記第1のインク循環経路とを接続する第2の集合経路を有する集合部と、
前記第1の熱交換ブロックの前記第2の表面上及び前記第2の熱交換ブロックの前記第4の表面上に配設され、前記第1の熱交換経路と前記第2のインク循環経路とを接続する第1の分岐経路及び前記第2の熱交換経路と前記第2のインク循環経路とを接続する第2の分岐経路を有する分岐部と、を更に備え、
前記第1の温度調整用経路は、前記分岐部の前記第1の分岐経路、前記第1の熱交換ブロックの前記第1の熱交換経路及び前記集合部の前記第1の集合経路を連接して構築され、
前記第2の温度調整用経路は、前記分岐部の前記第2の分岐経路、前記第2の熱交換ブロックの前記第2の熱交換経路及び前記集合部の前記第2の集合経路を連接して構築されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。 - 前記インク温度調整ユニットの前記第2の温度調整用経路に沿って配設され、この第2の温度調整用経路内を循環する前記インクを加熱する加熱ユニットと、
前記第1の温度調整用経路に沿って配設され、この第1の温度調整用経路内を循環する前記インクを冷却する冷却ユニットと、
を更に備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。 - 前記第1のインク循環経路の他端に接続され、この第1のインク循環経路を通して前記プリントヘッドに供給される前記インクを貯溜する第1のインクタンクと、
前記第2のインク循環経路の他端に接続され、この第2のインク循環経路を通して前記プリントヘッドから排出され循環させる前記インクを貯溜する第2のインクタンクと、を更に備え、
前記インク温度調整ユニットは前記第1のインクタンクと前記第2のインクタンクとの間に配設され、
前記インク温度調整ユニットの前記第1の温度調整用経路及び前記第2の温度調整用経路は、前記第1のインクタンクを通して前記第1のインク循環経路に接続されるとともに、前記第2のインクタンクを通して前記第2のインク循環経路に接続されることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。 - 前記インク温度調整ユニットの前記第2の熱交換ブロックは前記第1の熱交換ブロックに対して一定間隔離間して併設され、
前記加熱ユニットは前記第1の熱交換ブロックと前記第2の熱交換ブロックとの間において前記第2の熱交換ブロックに装着されることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載のインクジェットプリンタ。
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