JP6936010B2 - インクジェット印刷装置 - Google Patents

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Description

本発明は、インクを液滴として吐出するヘッドを備えたインクジェット印刷装置に関する。
従来、長尺帯状の印刷用紙を搬送しつつ、複数のヘッドから印刷用紙に向けてインクを吐出する、インクジェット印刷装置が知られている。この種の印刷装置では、インクタンクに貯留されたインクが、配管を通ってヘッドに供給される。そして、ヘッドに供給されたインクが、ヘッドの下面に設けられた多数のノズルから、液滴(インク滴)として吐出される。従来のインクジェット印刷装置については、例えば、特許文献1に記載されている。
特開2015−174378号公報
従来のインクジェット印刷装置では、インクタンク内の圧力が、一定に維持されている。これにより、ノズル内におけるインクの界面が、メニスカスを形成するように、コントロールされている。ただし、ノズルからインク滴が吐出されると、ノズル内のインクの量が瞬間的に減少する。このため、インク滴が吐出された直後には、ノズル内に僅かに負圧が発生する。この負圧は、インクタンクから供給されるインクによって、次第に回復する。
しかしながら、インクタンクとノズルとの間には、配管の長さに応じた距離がある。したがって、ノズル内に負圧が発生した後、インクタンクからインクが供給されて、ノズル内の負圧が回復するまでの間には、ある程度の時間がかかる。
特に、近年では、印刷用紙に高速で高画質の印刷を行うことが求められている。そのため、ヘッドの各ノズルから、短時間に多数のインクの液滴を連続的に吐出することが必要である。しかしながら、インク滴の吐出によってノズル内に生じた負圧が回復する前に、次のインク滴が吐出されると、ノズル内の負圧が次第に高まる。そうすると、一連のインク滴の吐出が終了した後に、外部の空気がノズル内に混入する場合がある。そして、ノズル内に混入した空気は、次回のインク滴の吐出の際に、吐出不良を引き起こす要因となり得る。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、インクの吐出によってノズル内に負圧が生じた場合に、ノズル内の負圧を迅速に緩和できる技術を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本願の第1発明は、インクタンクから供給されるインクを液滴として吐出するヘッドを備えたインクジェット印刷装置であって、前記ヘッドは、インクの液滴を吐出する複数のノズルと、前記複数のノズルへインクを供給する内部流路と、前記内部流路に接続可能な圧力調整部と、を有し、前記圧力調整部は、一定量の気体が充填されたダンパ空間を有し、前記内部流路に充填されたインクと、前記ダンパ空間の気体とが、接しており、前記ヘッドは、前記内部流路へインクを導入可能な給液口と、前記内部流路からインクを排出可能な排液口と、を有し、前記排液口に、前記ヘッドへのインク充填時に前記内部流路からインクを排出するための排液管と、前記圧力調整部とを、選択的に接続可能であり、前記圧力調整部は、有蓋筒状の容器であるダンパ管を有し、前記排液口に前記ダンパ管が接続された状態において、前記ダンパ管は、前記排液口から上向きに延び、前記ダンパ管の内部に、インクが蓄積されない前記ダンパ空間が形成される
本願の第2発明は、第1発明のインクジェット印刷装置であって、前記ダンパ空間は、孤立した密閉空間である。
本願の第発明は、第1発明または第2発明のインクジェット印刷装置であって、前記内部流路は、主流路と、前記主流路上の複数の分岐位置から前記ノズルへ向けて延びる複数の分岐流路と、を有し、前記圧力調整部は、前記主流路の最も下流側の前記分岐位置よりも下流側において、前記主流路に接続される。
本願の第発明は、第1発明から第発明までのいずれか1発明のインクジェット印刷装置であって、前記ダンパ空間の容積は、2立方センチメートル以上である。
本願の第発明は、第1発明から第発明までのいずれか1発明のインクジェット印刷装置であって、前記ダンパ空間に充填された気体は、不活性ガスである。
本願の第発明は、第1発明から第発明までのいずれか1発明のインクジェット印刷装置であって、前記ヘッドを複数備え、前記インクタンクと前記複数のヘッドとを繋ぐ配管が、前記インクタンクに接続された主配管と、前記主配管から前記複数のヘッドへ向けて延びる複数の分岐配管と、を有する。
本願の第発明は、第1発明から第発明までのいずれか1発明のインクジェット印刷装置であって、低速で印刷を行う低速印刷モードと、前記低速印刷モードよりも高速で印刷を行う高速印刷モードと、に切り替え可能である。
本願の第1発明〜第発明によれば、インクの吐出によってノズル内に負圧が生じた場合に、圧力調整部内の気体が膨張することによって、ノズル内の負圧を迅速に緩和できる。このため、ノズル内に外部の空気が混入することを抑制できる。
特に、第2発明によれば、レギュレータ等の複雑な機構を用いることなく、一定量の気体が充填されたダンパ空間を実現できる。
特に、第発明によれば、ダンパ空間内の気体の一部が、気泡となって内部流路に混入し、当該気泡がノズルへ到達するリスクを低減できる。
第1発明〜第発明によれば、排液口を利用して、圧力調整部を接続する。このため、排液口とは別に、圧力調整部を接続するための開口を設ける必要がない。
第1発明〜第7発明によれば、ダンパ管の内部にインクが蓄積されることを抑制できる。
特に、第発明によれば、ノズル内の負圧を緩和する作用を、より効果的に得ることができる。
特に、第発明によれば、ダンパ空間内の気体によるインクの変質を抑制できる。
特に、第発明によれば、インクの吐出によってノズルに負圧が生じた場合に、インクタンクからのインクの補充に時間がかかるものの、圧力調整部内の気体が膨張することによって、ノズル内の負圧を迅速に緩和できる。
特に、第発明によれば、高速印刷モードで、ノズルからインクを連続的に吐出する場合であっても、圧力調整部内の気体が膨張することによって、ノズル内の負圧を迅速に緩和できる。
インクジェット印刷装置の構成を、概念的に示した図である。 1つのヘッドユニットの下面図である。 制御部と各部との接続を示したブロック図である。 1つのヘッドユニットと、当該ヘッドユニットにインクを供給するインク供給機構の構成とを示した図である。 1つのヘッドの断面図である。 ヘッドにインクを充填するときの様子を示した図である。 変形例に係るヘッドの断面図である。 変形例に係る1つのヘッドユニットと、当該ヘッドユニットにインクを供給するインク供給機構の構成とを示した図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下では、印刷用紙9が搬送される方向を「搬送方向」と称する。
<1.記録装置の構成>
図1は、本発明の一実施形態に係るインクジェット印刷装置1の構成を、概念的に示した図である。このインクジェット印刷装置1は、長尺帯状の記録媒体である印刷用紙9を搬送しつつ、複数のヘッドユニット20から印刷用紙9に向けてインクを吐出することにより、印刷用紙9に多色画像を記録する装置である。図1に示すように、インクジェット印刷装置1は、搬送機構10、4つのヘッドユニット20、および制御部30を備えている。
搬送機構10は、印刷用紙9をその長手方向に沿う搬送方向に搬送するための機構である。本実施形態の搬送機構10は、巻き出しローラ11、複数の搬送ローラ12、および巻き取りローラ13を有する。印刷用紙9は、巻き出しローラ11から繰り出され、複数の搬送ローラ12により構成される搬送経路に沿って搬送される。各搬送ローラ12は、水平軸を中心として回転することによって、印刷用紙9を搬送経路の下流側へ案内する。また、搬送後の印刷用紙9は、巻き取りローラ13へ回収される。
巻き出しローラ11、複数の搬送ローラ12、および巻き取りローラ13のうちの一部のローラは、モータの駆動力により能動回転する。また、巻き出しローラ11、複数の搬送ローラ12、および巻き取りローラ13のうちの残りのローラは、印刷用紙9の搬送に伴い従動回転する。搬送経路上の印刷用紙9には、複数のローラの間の回転速度の差によって、搬送方向の張力が付与される。これにより、搬送中における印刷用紙9の弛みや皺が抑制される。
なお、搬送機構10のうちの一部分が、他の部分から独立した装置となっていてもよい。例えば、搬送機構10のうち、巻き取りローラ13を含む一部分のみが、搬送機構10の他の部分とは別体の装置となっていてもよい。
4つのヘッドユニット20は、搬送機構10により搬送される印刷用紙9に対して、インクを吐出する機構である。このインクジェット印刷装置1は、印刷用紙9が4つのヘッドユニット20の下方を1回だけ通過する間に、各ヘッドユニット20からインクの液滴を吐出して、印刷用紙9に画像を記録する、いわゆるワンパス方式の印刷装置である。図1に示すように、印刷用紙9は、4つのヘッドユニット20の下方において、ヘッドユニット20の配列方向に沿って、略水平に移動する。このとき、印刷用紙9の記録面は、上方(ヘッドユニット20側)に向けられている。4つのヘッドユニット20は、多色画像の色成分となるブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、およびイエロー(Y)の各色のインクの液滴を、印刷用紙9の記録面に、それぞれ吐出する。
4つのヘッドユニット20は、互いに吐出するインクの色が異なるものの、構造自体は同等である。図2は、1つのヘッドユニット20の下面図である。図2に示すように、本実施形態のヘッドユニット20は、筐体21と、筐体21に固定された3つのヘッド40とを有する。3つのヘッド40は、それぞれ、筐体21の下面に露出した吐出面を有する。また、図2に示すように、3つのヘッド40は、印刷用紙9の幅方向(搬送方向に直交する水平方向)に沿って配置されている。ただし、幅方向の中央に配置されたヘッド40は、幅方向の両端に配置された2つのヘッド40よりも、搬送方向の下流側に位置する。
また、図2中に拡大して示したように、各ヘッド40の下面には、複数のノズル41が規則的に配列されている。複数のノズル41は、互いに幅方向の位置をずらして配列され、印刷用紙9上の1ピクセル幅の領域に対して、1つのノズル41が割り当てられている。印刷時には、各ヘッド40の複数のノズル41から、印刷用紙9の記録面へ向けて、インクの液滴が吐出される。その結果、4つのヘッドユニット20が、それぞれ、印刷用紙9の記録面に単色画像を記録する。そして、4つの単色画像の重ね合わせによって、印刷用紙9の記録面に多色画像が形成される。
なお、1つのヘッドユニット20に含まれるヘッド40の数は、1〜2つであってもよく、4つ以上であってもよい。また、インクジェット印刷装置1が有するヘッドユニット20の数は、1〜3つであってもよく、5つ以上であってもよい。例えば、インクジェット印刷装置1は、ブラック、シアン、マゼンタ、およびイエローの各色のインクを吐出する4つのヘッドユニット20に加えて、特色のインクを吐出するヘッドユニットをさらに有していてもよい。
制御部30は、インクジェット印刷装置1内の各部を動作制御するための手段である。図1中に概念的に示したように、制御部30は、CPU等のプロセッサ31、RAM等のメモリ32、およびハードディスクドライブ等の記憶部33を有するコンピュータにより構成されている。記憶部33には、印刷処理を実行するためのコンピュータプログラムPがインストールされている。
図3は、制御部30と、インクジェット印刷装置1内の各部との接続を示したブロック図である。図3に示すように、制御部30は、上述した搬送機構10および4つのヘッドユニット20と、それぞれ通信可能に接続されている。制御部30は、記憶部33に記憶されたコンピュータプログラムPをメモリ32に一時的に読み出し、当該コンピュータプログラムPに基づいて、プロセッサ31が演算処理を行うことにより、上記の各部を動作制御する。具体的には、制御部30は、搬送機構10の一部のローラに接続されたモータを制御しながら、各ヘッド40の後述する加圧機構42を制御する。これにより、インクジェット印刷装置1における印刷処理が進行する。
なお、本実施形態のインクジェット印刷装置1は、低速印刷モードと高速印刷モードとに切り替え可能である。低速印刷モードでは、制御部30は、印刷用紙9を低速で搬送しながら、印刷処理を実行する。高速印刷モードでは、制御部30は、印刷用紙9を、低速印刷モードよりも高速で搬送しながら、印刷処理を実行する。
<2.インク供給機構について>
このインクジェット印刷装置1は、ヘッドユニット20毎に、インク供給機構50を有する。図4は、1つのヘッドユニット20と、当該ヘッドユニット20にインクIを供給するインク供給機構50の構成とを示した図である。
図4に示すように、インク供給機構50は、インクタンク51、供給配管52、およびメニスカス調整部53を有する。
インクタンク51は、ヘッドユニット20へ供給すべきインクを貯留する容器である。インクIは、インクタンク51の内部空間の底部付近に貯留される。また、インクタンク51は、補充配管54を介して、図外のインク源に接続されている。インクタンク51内のインクIの量が少なくなると、インク源から補充配管54を通ってインクタンク51内に、インクIが補充される。インクタンク51の内部空間のうち、貯留されたインクIの上方の空間には、気体(例えば空気)が存在する。
供給配管52は、インクタンク51と、ヘッドユニット20に搭載された3つのヘッド40とを繋ぐ配管である。図4に示すように、供給配管52は、主配管521と、3本の分岐配管522とを有する。主配管521の上流側の端部は、インクタンク51の底部に接続されている。3本の分岐配管522は、それぞれ、主配管521上に設けられた3つの分岐位置520からヘッド40へ向けて延びている。各分岐配管522の下流側の端部は、ヘッド40の後述する給液口43に接続される。
メニスカス調整部53は、インクタンク51内の気圧を調整するための機構である。メニスカス調整部53は、例えば、気圧センサと吸引ポンプとで構成することができる。インクタンク51内のインクIの上方の空間は、メニスカス調整部53によって、周囲の環境圧力よりも若干低い気圧に調整される。これにより、各ヘッド40の複数のノズル41から、インクIが垂れ落ちることが防止される。各ノズル41の内部において、インクIの界面は、メニスカスを形成する。
<3.ヘッドの構造について>
図5は、1つのヘッド40の断面図である。上述のように、ヘッド40の下面には、多数のノズル41が設けられている。ただし、図5では、図の煩雑化を避けるために、模式的に9つのノズル41のみを示している。また、図5のように、ヘッド40は、ノズル41毎に加圧機構42を有している。加圧機構42には、例えば、圧電素子であるピエゾ素子が用いられる。ピエゾ素子は、制御部30から供給される電圧に応じて変形する。これにより、ノズル41内のインクIが加圧されて、ノズル41からインク滴が吐出される。ただし、加圧機構42は、ヒータによりインクを加熱して膨張させる機構であってもよい。
また、図5に示すように、ヘッド40は、給液口43、排液口44、内部流路45、および圧力調整部46を有する。給液口43および排液口44は、ヘッド40の上面の互いに離れた位置に設けられる。給液口43は、例えば、ヘッド40の上面のうち、幅方向の一方の端部付近に設けられる。排液口44は、例えば、ヘッド40の上面のうち、幅方向の他方の端部付近に設けられる。供給配管52の分岐配管522の下流側の端部は、給液口43に接続される。
内部流路45は、ヘッド40の内部に設けられたインクIの流路である。図5に示すように、内部流路45は、主流路451と、複数の分岐流路452とを有する。主流路451は、給液口43から排液口44まで延びている。複数の分岐流路452は、主流路451上に設けられた複数の分岐位置450から、各ノズル41へ向けて延びている。給液口43から導入されたインクIは、主流路451および複数の分岐流路452を通って、各ノズル41へ供給される。
図6は、ヘッド40にインクIを充填するときの様子を示した図である。インクIが未充填のヘッド40にインクIを充填するときには、図6のように、排液口44に、排液管441を接続する。そして、図外のポンプの圧力により、インクタンク51に貯留されたインクIを、供給配管52および給液口43を介して、内部流路45に導入する。内部流路45に存在していた気体や、余分なインクIは、排液口44を介して、排液管441へ排出される。
図5に戻る。圧力調整部46は、インク吐出の直後におけるノズル41内の圧力を調整するための機構である。図5に示すように、圧力調整部46は、ダンパ管461を有する。上述したヘッド40へのインクIの充填が完了すると、ヘッド40の排液口44から排液管441を取り外して、排液口44に、ダンパ管461を接続する。これにより、主流路451の下流側の端部に、圧力調整部46が接続される。ダンパ管461は、有蓋円筒状の容器である。排液口44にダンパ管461が接続されると、ダンパ管461の内部に、孤立した密閉空間であるダンパ空間460が形成される。ダンパ空間460には、一定量の気体が充填されている。
ダンパ空間460の気体は、主流路451に充填されたインクIと接している。ダンパ空間460の気体には、例えば空気が用いられる。ただし、ダンパ空間460に、空気に代えて、窒素ガス等の不活性ガスを充填してもよい。不活性ガスを用いれば、ダンパ空間460の気体によるインクIの変質を抑制することができる。
ノズル41からインク滴が吐出されると、ノズル41内に充填されたインクIの量が減少する。このため、インクIを吐出した直後のノズル41内の圧力は、外気圧よりも低い負圧となる。しかしながら、本実施形態の構造では、当該負圧が生じるとすぐに、ダンパ空間460の気体が膨張する。これにより、ノズル41内の負圧が迅速に緩和される。したがって、ノズル41内の負圧によって、外部の空気がノズル41内に混入することを抑制できる。その結果、空気の混入に起因するインク滴の吐出不良を抑制できる。
特に、高速印刷モードで、ノズル41からインク滴を連続的に吐出するときには、ノズル41内に負圧が生じやすい。また、本実施形態のように、1つのインクタンク51に供給配管52を介して複数のヘッド40が接続された構造においては、ノズル41からのインク滴の吐出後に、インクタンク51からのインクIの補充に、時間がかかる。しかしながら、本実施形態の構造では、圧力調整部46内の気体が膨張することによって、ノズル41内の負圧を迅速に緩和できる。
また、本実施形態の構造では、排液口44にダンパ管461を取り付けるだけで、圧力調整部46が実現される。このため、レギュレータ等の複雑な機構を用いることなく、また、圧力調整部46に固有の動力を用いることなく、ノズル41内の負圧を緩和することができる。また、排液口44は、ヘッド40へのインクIの充填時に排液管441を接続するための開口でもあり、かつ、インクIの充填後にダンパ管461を接続するための開口でもある。このように、排液口44に2つの役割を持たせることによって、ヘッド40に設けられる開口の数を減らすことができる。
ダンパ空間460の容積が小さ過ぎると、ノズル41内の負圧に応じて、ダンパ空間460内の気体が膨張する作用を、効果的に得ることが困難となる。このため、ダンパ空間460の容積は、例えば、2立方センチメートル以上とすることが好ましい。また、ダンパ空間460の容積は、3立方センチメートル以上とすることが、より好ましい。本実施形態のダンパ管461は、排液口44から上向きに延びる。このため、主流路451内のインクIの一部がダンパ管461へ一時的に進入したとしても、ダンパ管461の内部にインクIが蓄積されることはない。このため、インクIの蓄積によって、ダンパ空間460の容積が小さくなることはない。
<4.変形例>
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。
図7は、一変形例に係るヘッド40の断面図である。図7の例では、排液口44ではなく、給液口43の近傍に設けられた開口に、圧力調整部46が接続されている。このような形態であっても、各ノズル41から圧力調整部46までの流路長が、各ノズル41からインクタンク51までの流路長よりも短ければ、圧力調整部46によって、ノズル41内に生じる負圧を迅速に緩和できる。
ただし、上記の実施形態のように、主流路451の最も下流側の分岐位置450よりも下流側に、圧力調整部46を接続する方が好ましい。なぜならば、当該構造の方が、ダンパ空間460内の気体の一部が、気泡となって内部流路45に混入し、その気泡がノズル41へ到達するリスクが小さいからである。
図8は、他の変形例に係る1つのヘッドユニット20と、当該ヘッドユニット20にインクIを供給するインク供給機構50の構成とを示した図である。図8の例では、圧力調整部46が、中継配管47およびレギュレータ60を介して、インクタンク51と接続されている。レギュレータ60は、ダンパ空間460内の気圧を一定に維持する。このようにすれば、レギュレータ60によって、ダンパ空間460内の気体の量が一定となるように、積極的に調整できる。このため、長期の使用によりダンパ空間内の気体の量が徐々に変化する、という問題を回避できる。
また、上記のインクジェット印刷装置1は、印刷用紙9に画像を記録するものであった。しかしながら、本発明のインクジェット印刷装置は、一般的な紙以外の記録媒体(例えば、樹脂製のフィルム等)に、画像を記録するものであってもよい。
また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。
1 インクジェット印刷装置
9 印刷用紙
10 搬送機構
11 巻き出しローラ
12 搬送ローラ
13 巻き取りローラ
20 ヘッドユニット
21 筐体
30 制御部
40 ヘッド
41 ノズル
42 加圧機構
43 給液口
44 排液口
45 内部流路
46 圧力調整部
47 中継配管
50 インク供給機構
51 インクタンク
52 供給配管
53 メニスカス調整部
54 補充配管
60 レギュレータ
441 排液管
450 分岐位置
451 主流路
452 分岐流路
460 ダンパ空間
461 ダンパ管
520 分岐位置
521 主配管
522 分岐配管
I インク

Claims (7)

  1. インクタンクから供給されるインクを液滴として吐出するヘッドを備えたインクジェット印刷装置であって、
    前記ヘッドは、
    インクの液滴を吐出する複数のノズルと、
    前記複数のノズルへインクを供給する内部流路と、
    前記内部流路に接続可能な圧力調整部と、
    を有し、
    前記圧力調整部は、一定量の気体が充填されたダンパ空間を有し、
    前記内部流路に充填されたインクと、前記ダンパ空間の気体とが、接しており、
    前記ヘッドは、
    前記内部流路へインクを導入可能な給液口と、
    記内部流路からインクを排出可能な排液口と、
    を有し、
    前記排液口に、前記ヘッドへのインク充填時に前記内部流路からインクを排出するための排液管と、前記圧力調整部とを、選択的に接続可能であり、
    前記圧力調整部は、有蓋筒状の容器であるダンパ管を有し、
    前記排液口に前記ダンパ管が接続された状態において、前記ダンパ管は、前記排液口から上向きに延び、前記ダンパ管の内部に、インクが蓄積されない前記ダンパ空間が形成されるインクジェット印刷装置。
  2. 請求項1に記載のインクジェット印刷装置であって、
    前記ダンパ空間は、孤立した密閉空間であるインクジェット印刷装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載のインクジェット印刷装置であって、
    前記内部流路は、
    主流路と、
    前記主流路上の複数の分岐位置から前記ノズルへ向けて延びる複数の分岐流路と、
    を有し、
    前記圧力調整部は、前記主流路の最も下流側の前記分岐位置よりも下流側において、前記主流路に接続されるインクジェット印刷装置。
  4. 請求項1から請求項までのいずれか1項に記載のインクジェット印刷装置であって、
    前記ダンパ空間の容積は、2立方センチメートル以上であるインクジェット印刷装置。
  5. 請求項1から請求項までのいずれか1項に記載のインクジェット印刷装置であって、
    前記ダンパ空間に充填された気体は、不活性ガスであるインクジェット印刷装置。
  6. 請求項1から請求項までのいずれか1項に記載のインクジェット印刷装置であって、
    前記ヘッドを複数備え、
    前記インクタンクと前記複数のヘッドとを繋ぐ配管が、
    前記インクタンクに接続された主配管と、
    前記主配管から前記複数のヘッドへ向けて延びる複数の分岐配管と、
    を有するインクジェット印刷装置。
  7. 請求項1から請求項までのいずれか1項に記載のインクジェット印刷装置であって、
    低速で印刷を行う低速印刷モードと、
    前記低速印刷モードよりも高速で印刷を行う高速印刷モードと、
    に切り替え可能であるインクジェット印刷装置。
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