JP7105048B2 - インクジェット印刷装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェットヘッドから印刷媒体にインクを吐出して画像を形成するインクジェット印刷装置に関する。

複数のノズルが配列されたノズル列を有するインクジェットヘッドのノズルから印刷媒体にインクを吐出して画像を形成するインクジェット印刷装置が知られている。

このようなインクジェット印刷装置として、特許文献１に開示されたものがある。特許文献１のインクジェット印刷装置では、複数のインクジェットヘッドを、ノズル列におけるノズルの配列方向が印刷媒体の搬送方向に非直交で交差する方向として、互いに隣接配置している。このようにインクジェットヘッドを設置することで、装置内におけるインクジェットヘッドの占有スペースが抑えられる。

特開２０１６－１３２１６７号公報

しかしながら、特許文献１のインクジェット印刷装置のようなインクジェットヘッドの配置では、インクジェットヘッドが密集しているため、インクジェットヘッド間に冷却風が通過する隙間が小さい。このため、インクジェットヘッドを冷却しにくく、インクジェットヘッドの温度が上昇しやすい。

インクジェットヘッドの温度が上昇すると、インクジェットヘッド内のインクの温度が上昇することで、インクの粘度が低下する。このようなインクの粘度の変化により、インクジェットヘッドのノズルからのインクの吐出量にばらつきが生じ、印刷画質が低下するおそれがある。特に、非水系溶剤を主溶媒として含有する油性インクでは、水を主溶媒として含有する水性インクよりも、上述のようなインクの粘度の変化による吐出量のばらつきが生じやすい。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、印刷画質の低下を軽減できるインクジェット印刷装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のインクジェット印刷装置は、搬送される印刷媒体にインクを吐出する複数のノズルが配列されたノズル列をそれぞれ有し、前記ノズル列における前記ノズルの配列方向を印刷媒体の搬送方向に非直交で交差する方向として互いに隣接配置された複数のインクジェットヘッドを備え、前記インクジェットヘッドが前記ノズルから吐出するインクが、シリコーンオイルを含む油性インクであることを特徴とする。

本発明のインクジェット印刷装置によれば、印刷画質の低下を軽減できる。

実施の形態に係るインクジェット印刷装置の構成を示すブロック図である。 図１に示すインクジェット印刷装置の印刷部の概略構成図である。 印刷部のインクジェットヘッドのノズルの配列を示す図である。 印刷部における各インクジェットヘッドのノズルの位置関係を示す図である。 図３のＡ－Ａ線に沿った断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。各図面を通じて同一もしくは同等の部位や構成要素には、同一もしくは同等の符号を付している。

以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置等を例示するものであって、この発明の技術的思想は、各構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

図１は、本発明の実施の形態に係るインクジェット印刷装置の構成を示すブロック図である。図２は、図１に示すインクジェット印刷装置の印刷部の概略構成図である。図３は、印刷部のインクジェットヘッドのノズルの配列を示す図である。図４は、印刷部における各インクジェットヘッドのノズルの位置関係を示す図である。図５は、図３のＡ－Ａ線に沿った断面図である。

なお、以下の説明において、用紙の搬送方向をＹ方向とし、Ｙ方向に直交する用紙の幅方向をＸ方向とする。また、Ｘ方向およびＹ方向に直交する上下方向をＺ方向とする。

図１に示すように、本実施の形態に係るインクジェット印刷装置１は、搬送部２と、印刷部３と、制御部４とを備える。

搬送部２は、印刷媒体である用紙ＰをＹ方向に搬送する。

印刷部３は、搬送部２により搬送される用紙Ｐに画像を形成する。図１、図２に示すように、印刷部３は、複数のインクジェットヘッド１１を備える。

インクジェットヘッド１１は、図示しないインク供給機構により供給されるインクを用紙Ｐに吐出して画像を形成する。

インクジェットヘッド１１に供給されて吐出されるインクは、シリコーンオイルを含む油性インクである。具体的には、インクジェットヘッド１１が吐出する油性インクは、主として非水系溶剤と色材とから構成され、非水系溶剤としてシリコーンオイルを含む。シリコーンオイルは、非水系溶剤の１５～１００質量％の範囲で含有されることが好ましい。非水系溶剤には、シリコーンオイル以外に、石油系炭化水素溶剤、脂肪酸エステル系溶剤、高級アルコール系溶剤等が含まれていてもよい。

また、インクジェットヘッド１１が吐出する油性インクの色材としては、顔料および染料のいずれも使用することができ、単独で使用しても両者を併用してもよい。また、インクジェットヘッド１１が吐出する油性インクは、顔料分散剤、防腐剤、酸化防止剤、界面活性剤等を含んでいてもよい。

インクジェットヘッド１１は、図３に示すように、２列のノズル列１２Ａ，１２Ｂを有する。ノズル列１２Ａ，１２Ｂは、それぞれ複数のノズル１３が直線状に配列されて形成されている。

なお、図３は、インクジェットヘッド１１を上側（インクジェットヘッド１１を挟んで用紙Ｐの反対側）から下方向（インクの吐出方向）に向かって透視した場合の図である。図４についても同様である。

また、図３、図４の例では、説明の簡略化のため、ノズル列１２Ａ，１２Ｂのそれぞれにおけるノズル１３の個数を１２個としているが、もっと多くのノズル１３が形成されていてもよい。

ノズル１３は、用紙Ｐにインクを吐出する。ノズル１３は、インクジェットヘッド１１のノズル面（用紙Ｐに対向する面）に開口している。

ノズル列１２Ａ，１２Ｂにおいて、複数のノズル１３は、Ｗ１方向に沿って所定のピッチＰ１で配置されている。また、ノズル列１２Ａ，１２Ｂは、Ｗ１方向に直交するＷ２方向の所定のピッチＰ２だけ互いに離間して配置されている。

ここで、図３において、ノズル１３を特定するためのノズル番号を示している。すなわち、ノズル列１２Ａにおいて、Ｗ１方向の負側端部のノズル１３から順番にノズル番号が１番（＃１）、２番（＃２）、…、１２番（＃１２）が付与されている。また、ノズル列１２Ｂにおいて、Ｗ１方向の負側端部のノズル１３から順番にノズル番号が１３番（＃１３）、１４番（＃１４）、…、２４番（＃２４）が付与されている。

ノズル列１２Ａとノズル列１２Ｂとは、Ｗ１方向の位置が互いにずれるように配置されている。図３の例では、ピッチＰ１の２．５倍分だけ、ノズル列１２Ａとノズル列１２ＢとがＷ１方向に互いにずれるように配置されている。

インクジェットヘッド１１において、１番～６番のノズル１３は、ブラック（Ｋ）のインクを吐出する。７番～１２番のノズル１３は、シアン（Ｃ）のインクを吐出する。１３番～１８番のノズル１３は、マゼンタ（Ｍ）のインクを吐出する。１９番～２４番のノズル１３は、イエロー（Ｙ）のインクを吐出する。

インクジェットヘッド１１は、ノズル列１２Ａ，１２Ｂにおけるノズル１３の配列方向であるＷ１方向を、用紙Ｐの搬送方向であるＹ方向に非直交で交差する方向として配置されている。そして、印刷部３において、各インクジェットヘッド１１は、Ｘ方向に沿って、互いに隣接配置されている。

インクジェットヘッド１１（ノズル列１２Ａ，１２Ｂ）のＹ方向に対する傾斜角度θは、同一インクジェットヘッド１１内のノズル列１２Ａのノズル１３とノズル列１２Ｂのノズル１３とが、Ｘ方向の位置（座標）が同じになるように設定されている。

具体的には、図４に示すように、ノズル列１２Ａの１番のノズル１３とノズル列１２Ｂの１３番のノズル１３とが、Ｙ方向に平行な仮想線Ｌを通過するように、傾斜角度θが設定されている。これにより、ノズル列１２Ａの１番～１２番のノズル１３と、ノズル列１２Ｂの１３番～２４番のノズル１３とが、それぞれ互いにＸ方向の位置が同じになっている。

また、各インクジェットヘッド１１の位置関係は、次のようになっている。すなわち、互いに隣接する２つのインクジェットヘッド１１のうち図４における左側のインクジェットヘッド１１の１番のノズル１３と１３番のノズル１３とを通過する仮想線Ｌが、右側のインクジェットヘッド１１の７番のノズル１３と１９番のノズル１３とを通過するように、各インクジェットヘッド１１が配置されている。これにより、各色のインクを吐出するノズル１３がＹ方向に沿って並んでおり、各色のインクをＸ方向における同じ位置に吐出可能であるため、カラー印刷が可能になっている。

ここで、Ｘ方向におけるノズル１３の間隔Ｄｘは、下記の式（１）で表される。

Ｄｘ＝Ｐ１×ｓｉｎθ …（１）
例えば、Ｐ１＝８４．７μｍ、θ＝６０°とすると、Ｄｘ＝４２．３μｍとなり、Ｘ方向において６００ｄｐｉの高解像度での印刷を実現できる。

インクジェットヘッド１１は、ピエゾ方式によりインクを吐出するものである。具体的には、インクジェットヘッド１１は、ピエゾ方式のうちベントタイプのものである。

図５に示すように、インクジェットヘッド１１は、流路基板２１のうち、Ｚ方向の負側の面上に圧力室基板２２と振動板２３と封止体２４と支持体２５とが設けられるとともに、流路基板２１のうち、Ｚ方向の正側の面上にノズル板２６とコンプライアンス部２７とを設置した構造体（ヘッドチップ）である。ノズル板２６にノズル１３が形成されている。インクジェットヘッド１１の各要素は、概略的にはＷ１方向に長尺な略平板状の部材であり、例えば接着剤を利用して互いに固定される。また、流路基板２１および圧力室基板２２は、例えばシリコンの単結晶基板で形成されている。

流路基板２１は、インクの流路を形成する平板材である。流路基板２１には、開口部３１と供給流路３２と連通流路３３とが形成されている。供給流路３２および連通流路３３は、ノズル１３ごとに形成され、開口部３１は、同色のインクを吐出する複数のノズル１３にわたって連続するように形成されている。

流路基板２１のうちＺ方向の負側の表面には、支持体２５が固定されている。支持体２５には、収容部３４と導入流路３５とが形成されている。収容部３４は、平面視にて（すなわちＺ方向から見て）、流路基板２１の開口部３１に対応した外形の凹部（窪み）であり、導入流路３５は、収容部３４に連通する流路である。

流路基板２１の開口部３１と支持体２５の収容部３４とを互いに連通させた空間が、液体貯留室（リザーバー）Ｓｒとして機能する。液体貯留室Ｓｒは、インクの色ごとに互いに独立に形成され、図示しないインク供給機構により供給されて導入流路３５を通過したインクを貯留する。すなわち、１個のインクジェットヘッド１１の内部には、それぞれ異なるインクに対応する４個の液体貯留室Ｓｒが形成されている。

液体貯留室Ｓｒの底面を構成し、当該液体貯留室Ｓｒおよび内部流路におけるインクの圧力変動を抑制（吸収）する要素がコンプライアンス部２７である。コンプライアンス部２７は、例えばシート状に形成された可撓性の部材を含んで構成され、具体的には、流路基板２１における開口部３１と各供給流路３２とが閉塞されるように流路基板２１の表面に固定される。

圧力室基板２２のうち流路基板２１とは反対側の表面に振動板２３が設置される。振動板２３は、弾性的に振動可能な平板状の部材であり、例えば酸化シリコン等の弾性材料で形成された弾性膜と、酸化ジルコニウム等の絶縁材料で形成された絶縁膜との積層で構成される。振動板２３と流路基板２１とは、圧力室基板２２の各開口部３６の内側で互い間隔をあけて対向する。各開口部３６の内側で流路基板２１と振動板２３とに挟まれた空間は、インクに圧力を付与する圧力室Ｓｃとして機能する。各圧力室Ｓｃは、流路基板２１の連通流路３３を介してノズル１３に連通する。

振動板２３のうち圧力室基板２２とは反対側の表面には、ノズル１３（圧力室Ｓｃ）に対応する圧電素子（ピエゾ素子）Ｐｚｔがノズル１３ごとに形成されている。

圧電素子Ｐｚｔは、振動板２３の面上に圧電素子Ｐｚｔごとに個別に形成された駆動電極４１と、駆動電極４１の面上に形成された圧電体４２と、圧電体４２の面上に形成された駆動電極４３とを包含する。なお、駆動電極４１，４３によって圧電体４２を挟んで対向する領域が圧電素子Ｐｚｔとして機能する。

駆動電極４１の一部は、封止体２４および支持体２５から露出しており、この露出部分において、配線基板（図示せず）が接続されて、駆動信号の電圧が印加される構成となっている。一方、駆動電極４３には、複数の圧電素子Ｐｚｔにわたって共通の定電圧が印加される。なお、駆動電極４３については複数の圧電素子Ｐｚｔにわたって電気的に共通接続となるから、圧電素子Ｐｚｔごとに個別に形成して、共通配線に接続する構成としてもよいし、複数の圧電素子Ｐｚｔにわたって連続させた構成としてもよい。

このような構成の圧電素子Ｐｚｔでは、駆動電極４１，４３に印加された電圧に応じて、駆動電極４１，４３および振動板２３とともに、図５において周辺に対して中央部分が上方向または下方向に撓む。具体的には、圧電素子Ｐｚｔは、駆動電極４１を介して印加される駆動信号の電圧が低くなると、上方向に撓む一方、当該電圧が高くなると、下方向に撓む構成となっている。

ここで、インクはノズル１３にてメニスカスを形成するように維持されている。駆動電極４１を介して圧電素子Ｐｚｔを振動させる駆動信号を印加すると、圧電素子Ｐｚｔが振動し、ノズル１３の内部に超音波振動が発生してインクがノズル１３から吐出される。

このように、圧電素子Ｐｚｔに適切な駆動信号が印加されると、圧電素子Ｐｚｔの振動によって、液体貯留室Ｓｒから引き込まれたインクがノズル１３から吐出される構成となっている。

制御部４は、インクジェット印刷装置１全体の動作を制御する。制御部４は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等を備えて構成される。

次に、インクジェット印刷装置１の動作について説明する。

インクジェット印刷装置１で印刷を行う際、制御部４は、図示しない給紙台から印刷枚数分の用紙Ｐを順次取り出して搬送するよう搬送部２を制御する。

そして、制御部４は、印刷対象の画像データに基づき、インクジェットヘッド１１を駆動させて、搬送される用紙Ｐに画像を形成させる。

印刷された用紙Ｐは、図示しない排紙台へ搬送されて排紙される。印刷枚数分の印刷、排紙が終了すると、一連の印刷動作が終了となる。

上述の印刷動作においてインクジェットヘッド１１が駆動されると、圧電素子Ｐｚｔの発熱により圧力室Ｓｃ内およびノズル１３近傍でインクジェットヘッド１１内のインクの温度が上昇する。

ここで、本実施の形態とは異なり、インクジェットヘッド１１が吐出するインクが、シリコーンオイルを含むものではない場合、インクの温度の上昇により、粘度が低下する。インクの粘度が変化すると、ノズル１３からのインクの吐出量のばらつきが生じ、印刷画質の低下を招く。特に、非水系溶剤を主溶媒として含有する油性インクでは、水を主溶媒として含有する水性インクよりも、上述のようなインクの粘度の変化による吐出量のばらつきが生じやすい。

インクジェットヘッド１１内のインクの温度の上昇を抑えるため、冷却ファン等によりインクジェットヘッド１１に冷却風を送るようにしても、図２のようなインクジェットヘッド１１の配置では、インクジェットヘッド１１間に冷却風が通過する隙間が小さい。このため、インクジェットヘッド１１を冷却しにくく、インクの温度の上昇による粘度の低下が生じやすい。

これに対し、本実施の形態では、インクジェットヘッド１１が吐出するインクは、シリコーンオイルを含む油性インクである。シリコーンオイルを含む油性インクは、粘度の温度依存性が低い。このため、インクジェットヘッド１１の駆動によりインクの温度が上昇しても、インクの粘度の低下が抑えられる。これにより、ノズル１３からのインクの吐出量のばらつきが抑えられるので、印刷画質の低下を軽減できる。

また、シリコーンオイルを含む油性インクは、体積弾性率が低い。このため、ピエゾ方式のインクジェットヘッド１１において、液体貯留室Ｓｒのインクを介して圧力波が伝搬することで圧力室Ｓｃ内の圧力状態が変化する、いわゆるクロストークが抑えられる。

クロストークは、ノズル１３のピッチＰ１が小さいほど発生しやすくなるが、インクジェット印刷装置１では、シリコーンオイルを含む油性インクを用いているため、例えば、ピッチＰ１を１００μｍ以下の小さい値にしても、クロストークが抑えられる。このため、クロストークの影響による印刷画質の低下を抑えつつ、前述のようにＰ１＝８４．７μｍとして高解像度での印刷を実現することが可能になる。

また、シリコーンオイルを含む油性インクは、低表面張力である。このため、インクジェットヘッド１１のインク流路を形成する部材への濡れ性に優れ、インクの初期充填時において流路部材表面に残留する気泡が抑制できる等、初期充填性に優れる。

特に、ベントタイプのインクジェットヘッドのように、圧電素子により発生した圧力をノズル近傍に効率よく伝えるためにインク貯留室から圧力室まで長いインク流路を要するインクジェットヘッドにおいて、初期充填性の効果が顕著に現れる。

なお、上述した実施の形態では、インクジェットヘッド１１が、ピエゾ方式のうちベントタイプのものである場合で説明したが、ベントタイプに限らず、シェアタイプでもプッシュタイプでもよい。

また、上述した実施の形態では、１つのインクジェットヘッド１１が２列のノズル列１２Ａ，１２Ｂを有する構成で説明したが、１つのインクジェットヘッドが有するノズル列の数はこれに限らない。

本発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより、種々の発明を形成できる。

［付記］
本出願は、以下の発明を開示する。

（付記１）
搬送される印刷媒体にインクを吐出する複数のノズルが配列されたノズル列をそれぞれ有し、前記ノズル列における前記ノズルの配列方向を印刷媒体の搬送方向に非直交で交差する方向として互いに隣接配置された複数のインクジェットヘッドを備え、
前記インクジェットヘッドが前記ノズルから吐出するインクが、シリコーンオイルを含む油性インクであることを特徴とするインクジェット印刷装置。

１ インクジェット印刷装置
２ 搬送部
３ 印刷部
４ 制御部
１１ インクジェットヘッド
１２Ａ，１２Ｂ ノズル列
１３ ノズル

Claims (2)

1. 搬送される印刷媒体にインクを吐出する複数のノズルがノズル面の長手方向に沿って配列されたノズル列をそれぞれ有し、前記ノズル列における前記ノズルの配列方向を印刷媒体の搬送方向に非直交で交差する方向として互いに隣接配置された複数のインクジェットヘッドを備え、
   前記インクジェットヘッドが前記ノズルから吐出するインクが、シリコーンオイルを含む油性インクであることを特徴とするインクジェット印刷装置。
2. 前記シリコーンオイルは、前記油性インクの非水系溶剤の１５～１００質量％の範囲で含有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印刷装置。

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