JPH0732593A - インク吐出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動によってインクを吐出する装置におい
て、振動手段の余分な音の発生を抑制すると共に寿命を
延ばし、更に印字作動中のノズルのクリーニングを可能
とする。 【構成】 共有のインクタンクとこれにそれぞれ連通し
てインクの吐出を制御できる複数の吐出ノズルを含むヘ
ッドユニット２０を振動手段に搭載し、振動手段２１，
２２によって共有インクタンク内の溶解インクを吐出方
向に加圧する加圧力を得て選択された吐出ノズルから溶
解インクを吐出させる一方、振動手段２１，２２は記録
媒体１９への記録領域Ｐでは振動し、ヘッドユニット２
０の移動範囲Ｍの両端の移動方向が変えられる折り返し
端付近、即ちインク吐出の必要のない印字領域Ｐの外の
振動停止領域Ｓでは振動を停止するようにし、必要のあ
るときだけ振動手段２１，２２を振動させてそれ以外の
ときには振動を停止させて振動音を抑制すると共に寿命
を延ばし、更に印字領域Ｐの外では印字途中でもクリー
ニング作業を可能としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱融解性インク（一般
に固形インクとも呼ばれている油性インク）を吐出させ
て印字または画像記録を行うインク吐出装置に関する。
更に詳述すると、本発明は、インク吐出をノズルを含む
ヘッドユニット全体を振動させることによってインク吐
出させるインク吐出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱融解性インクを用いる従来のインク吐
出装置は、一般にピエゾ素子を用いて溶融状態にあるイ
ンクをノズルから吐出させるようにしている。しかし、
各ノズル毎にピエゾ素子を配置するとヘッドの小型化が
できないという問題を有している。

【０００３】そこで、これを解決するものとして１つの
大型共有インクタンクと１つの駆動素子・励振素子とで
多数のノズルからインクを吐出させるマルチノズル方式
のインク吐出装置が提案されている（特公昭62-41112号
に開示）。このマルチノズルインクジェット方法は、共
有のインクタンクに複数のノズルを開口すると共に各ノ
ズルに冷却及び加熱手段としてのペルチエ素子を設け、
選択的にペルチエ素子でノズルを加熱あるいは冷却する
ことによって、インクが吐出するノズルを選択し所望の
文字あるいは画像を記録するようにしている。しかし、
このマルチノズルインクジェットヘッドも、ピエゾ素子
などによる微小な変位を利用してインクをノズルから吐
出させる技術の応用であって、ノズル位置によって均一
の吐出圧力が得られないという問題を含んでいる。

【０００４】そこで、本発明者等は共有のインクタンク
とこれにそれぞれ連通してインクの吐出を制御できる複
数の吐出ノズルとを含むヘッドユニットを振動手段に搭
載し、振動手段によって共有インクタンク内の溶解イン
クを吐出方向に加圧する加圧力を得て選択された吐出ノ
ズルから溶解インクを吐出させる吐出装置を考えた（特
願平４−１４７９０４号及び特願平５−１３１００８
号）。この場合、インク吐出の制御は吐出ノズル側にお
いて為され、共有インクタンクに加えられる加圧力即ち
振動手段は常時駆動状態にある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、インク
を吐出することができる程度の振動を得るにはかなりの
エネルギを必要とするし、振動音の発生も問題となる。
また、振動手段がインク吐出の必要のない記録領域の外
においても振動し続けることは振動片の寿命低下を来
す。更に、印字中においてもノズルのクリーニングが必
要となることがあるが、振動していてはクリーニングが
不可能である。

【０００６】本発明は、かかる要望に応えるもので、振
動手段の余分な音の発生を抑制すると共に寿命を延ば
し、ノズル部分のクリーニングが可能なインク吐出装置
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明のインク吐出装置は、熱融解性インクを溶融
し吐出させて印字または画像記録を行う装置におけるイ
ンク吐出装置において、共有のインクタンクとこれにそ
れぞれ連通してインクの吐出を制御できる複数の吐出ノ
ズルを含むヘッドユニットを振動手段に搭載し、振動手
段によって共有インクタンク内の溶解インクを吐出方向
に加圧する加圧力を得て選択された吐出ノズルから溶解
インクを吐出させる一方、振動手段は記録媒体への記録
領域では振動し、記録領域の外のヘッドユニットの移動
方向が変えられる折り返し端付近では振動しないように
している。ここで、振動手段としては共振作用を利用す
るものであることが好ましい。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基
づいて詳細に説明する。

【０００９】図１に本発明のインク吐出装置を適用した
プリンタの一例を示す。このプリンタは、１つの振動手
段で４種類のインクを吐出し得るようにしたもので、紙
送り用モータ１３によって駆動されるプラテン１４とイ
ンク吐出装置１をプラテン１４に沿って軸方向に移動さ
せる横送りモータ１５及びベルト１６、ガイドロッド１
７とから構成されている。また、インク吐出装置１と図
示していない制御手段とはケーブル１８によって繋がれ
ている。インク吐出装置１は、横送りモータ１５・ガイ
ドロッド１７などにより横方向の動きが制御できる。一
方、用紙１９は紙送りモータ１３により縦方向の動きが
制御できる。インク吐出装置１では４つのインク筒２
８，２８，２８，２８に収容された４色のインクが溶融
・固化を繰返し（ヘッドに設置されたＩＣにより制御）
フルカラーの出力が行われる。

【００１０】インク吐出装置１は、図３−図５に示すよ
うに、共有インクタンク２とコントロールノズル５及び
吐出ノズル３を形成した基板１０，１１とで構成される
ヘッドユニット２０と、このヘッドユニット２０を先端
に支持して全体を共振によって振動させる１組の振動体
２１，２２と、インク塊２３を収容し必要に応じて溶融
するインク導入手段２４と、溶融されたインクを一定量
貯留する補助インクタンク２５と、この補助インクタン
ク２５とヘッドユニット２０の共有インクタンク２とを
連結して溶解インク９ｒを供給するインク供給管２６と
から主に構成されている。

【００１１】ヘッドユニット２０は、図３に示すよう
に、共有インクタンク２と、コントロールノズル基板１
０と、吐出ノズル基板１１及び共有インクタンク２内の
溶解インク９ｒに圧力を加える加圧手段の一部たるピス
トン片２７とで構成されている。コントロールノズル基
板１０及び吐出ノズル基板１１には例えば千鳥状に２列
に配置された４８個のコントロールノズル５及び吐出ノ
ズル３を１組として４組が形成されている。尚、４種類
のインクを吐出しようとする本実施例のインク吐出装置
では４組のノズル群を配置しているが１組のノズル群を
最少単位として実施可能なことはいうまでもない。

【００１２】吐出ノズル３の上方には溶融状態のインク
（溶解インクという）９ｒを貯留する共有インクタンク
２が配置されている。そして、この共有インクタンク２
と吐出ノズル３との間に個別に温度制御が可能なコント
ロールノズル５が備えられている。このコントロールノ
ズル５は、常時インクを溶融状態に保って貯留している
共有インクタンク１と吐出ノズル３との間で、インクを
固めたり溶かしたりするためのものである。したがって
コントロールノズル５は、放熱板を兼ねる下振動体２２
に直接連結することによって発熱体４の発熱停止時の冷
却速度を早め、即座に溶解インク９ｒを固め得るように
設けられている。また、コントロールノズル基板１０と
共有インクタンク２との間及び吐出ノズル基板１１との
間にはそれぞれ断熱材７，８が介在されて共有インクタ
ンク２と吐出ノズル３内の溶解インク９ｒの熱にコント
ロールノズル３が左右されないように設けられている。

【００１３】吐出ノズル３はその吐出口３ａの周りに設
けられた線状の発熱体１２によって常時加熱され、貯留
したインクを溶融状態に保っている。

【００１４】またコントロールノズル５にはその側壁面
には発熱体４が形成されている。発熱体４は、駆動ＩＣ
２９によって制御され、任意のコントロールノズル５の
発熱体４だけに通電して加熱させるように設けられてい
る。

【００１５】共有インクタンク２内の溶解インク９ｒに
吐出方向の加圧力を与える加圧手段としては、音叉のよ
うな共振作用を利用した２枚の振動体２１，２２が採用
されている。例えば、図５に示すように、振動発生用コ
イル・電磁石３２を先端に備えた第１の振動体２１と、
これと対向してマグネット３３を有する第２の振動体２
２とをその基端部において固定部材３４に連結固定し、
電磁石３２の作動によって第１の振動体２１と第２の振
動体２２とが吸引し合い、またこれを解除することによ
ってその弾発力で離れ合うことによって互いに共振す
る。第２の振動体２２の先端にはヘッドユニット２０が
搭載されており、第１の振動体２１と第２の振動体２２
の質量がほぼ等しくなるように設計することが好まし
い。第１の振動体２１には第２の振動体２２側へ向けて
突出するピストン片２７を有している。このピストン片
２７は共有インクタンク２内にその先端が挿入され、第
１及び第２の振動体２１，２２間に生ずる共振によって
溶解インク９ｒをコントロールノズル５側へ向けて押圧
する働きを為す。また、ピストン片２７の先端面及び周
面には共有インクタンク２内の溶解インク９ｒの溶融状
態を保持するためのヒータ６が貼着されている。この第
１および第２の振動体２１，２２の振動は、例えば横送
りモータ１５の動きを制御する手段などによって、少な
くとも記録媒体（用紙）１９への記録領域（以下、印字
範囲という）Ｐでは振動し、印字範囲Ｐの外のヘッドユ
ニット２０の移動方向が変えられる折り返し端付近では
振動しないように制御されている。即ち、印字範囲Ｐの
外で尚かつヘッドユニット２０の移動範囲Ｍの両端付近
では第１および第２の振動体２１，２２は振動を停止す
るように制御される。この第１および第２の振動体２
１，２２の振動の有無は、例えば図２に示すように、印
字範囲Ｐよりも外で振動のＯＮ，ＯＦＦ切り替えを図
り、印字範囲Ｐでは完全な振動状態に立ち上がるように
励振信号が出力されている。

【００１６】振動体２２に搭載された共有インクタンク
２と固定体３４に固定された補助インクタンク２５と
は、例えばフェルト等の毛細管現象を起こす材料４０が
充填され、インク供給管２６によって連結され、常時補
助インクタンク２５内の溶融状態にある溶解インク９ｒ
を共有インクタンク２内に毛細管現象を利用して補給す
るように設けられている。インク供給管２６は、例えば
銅などの熱伝導性の良い材質によって構成され、一端
が、共有インクタンク２内に隙間をあけて挿入され、他
端が補助インクタンク２５に挿入固定されている。

【００１７】補助インクタンク２５は支持アーム３５に
固定され、振動体２１，２２の共振作用とは無関係に静
置され、振動するヘッドユニット２０に対し溶融状態に
あるインク９ｒを安定供給する。この補助インクタンク
２５は、仕切り壁３６によって大小の２つの部屋３７
ａ，３７ｂに部分的に仕切られ、一方の大きな部屋３７
ａには保液材としてのフェルト３８が収容されている。
また、小さな部屋３７ｂには貯留インク量を検出するサ
ーミスタ３９が設置され補助インクタンク２５内のイン
クが減っていくと、サーミスタ３９が溶融インクから露
出することによって抵抗値が変わるため、インク残量の
変化を示すことができる。

【００１８】補助インクタンク２５にはインク導入手段
２４が連結されている。インク導入手段２４は図５に示
すように、棒状のインク塊２３を納めるインク筒２８
と、このインク筒２８の底部を補助インクタンク２５に
連通させるための供給孔３０と、インク筒２８の底部を
加熱してインク筒２８内のインク塊２３を底部から溶か
す内蔵ヒータ３１とから構成されている。ヒータ３１の
駆動は補助インクタンク２５に設置されているサーミス
タ３９によって制御される。

【００１９】コントロールノズル５の発熱体４はそれぞ
れノズル駆動ＩＣ２９によって駆動される。コントロー
ルノズル５の発熱体４は、ある一定温度にあらかじめ保
持され、僅かな加熱で固形インク９ｓの表面を再融解さ
せるように駆動ＩＣ２９で温度制御される。この場合、
応答性を向上できるし、環境温度の変化に左右されず安
定したインク吐出を可能とする。

【００２０】以上のように構成されているので、本発明
のインク吐出装置は次のようにして作動する。

【００２１】まず、第１振動体２１の振動発生用コイル
・電磁石３２に所望の周波数の電流を流すことによって
第１振動体２１及び第２振動体２２を振動させる。例え
ば、コイル３２に約２０００Ｈｚの正弦波を加えると、
固定部材３４を振動中立点として第１振動体２１及び第
２振動体２２が音叉のように共振する。このとき、第２
振動体２２の先端に取付けられた共有インクタンク２及
び各ノズル３，５も第２振動体２２と一体に振動する。
しかも、吐出ノズル３は第２振動体２２の共振によって
全体が平行移動するように振動する。この状態のとき、
既に補助インクタンク２５内にインク導入手段２４を介
して供給された溶解インク９ｒは補助インクタンク２５
からインク供給管２６を介して共有インクタンク２に毛
細管現象によって供給されている。

【００２２】このとき、第１および第２の振動体２１，
２２の振動は記録媒体（例えば印刷用紙）１９の印字範
囲Ｐにおいて完全な振動状態に立ち上がり、印字範囲Ｐ
の外の折り返し端付近、即ちインク吐出装置１の印字範
囲Ｐの外の移動範囲Ｍの両端付近では振動を停止するよ
うに制御されている。例えば、図２に示すタイミングチ
ャートのように、ヘッドユニット２０の移動が左→右、
右→左と記録媒体たる用紙１９を横切るように移動する
際に、印字範囲Ｐよりも僅かに外の箇所で振動手段・コ
イル３２へ印加される励振信号のＯＮ，ＯＦＦが行われ
ている。これによって、ヘッドユニット２０が印字範囲
Ｐの外へ移動してから、折り返し端に到達するまで、ま
た折り返し端で一旦停止する期間、更に折り返し端から
再び逆方向へ移動手段を開始し印字範囲Ｐに入る直前ま
での間が振動手段を停止させる期間Ｓとなる。この振動
停止期間Ｓにおいては、第１及び第２の振動体２１，２
２が振動を停止しているため、コントロールノズル５の
働きの有無に拘らずインクが吐出されることがないし、
振動音の発生もなくなる。この振動停止期間Ｓを利用し
てノズルのクリーニング処理を行うことも可能である。

【００２３】印字に際しては、インクを吐出させたい吐
出ノズル３の上のコントロールノズル５の発熱体４を選
択的に駆動ＩＣ２９で作動させる。発熱体４はインクを
溶融させる温度例えば１２０℃〜１５０℃の範囲で発熱
する。コントロールノズル５は、通常、共有インクタン
ク２から供給された溶解インク９ｒが固まることによっ
て塞がれている。しかし、発熱体４への通電によって、
コントロールノズル５を塞いでいた柱状の固形インク９
ｓの表面が溶け、ピストン片２７によって与えられる力
によって吐出ノズル３側へ移動し、吐出ノズル３内の溶
解インク９ｒを吐出させる。ここで、ヘッドが図６に示
すように振動しているとすると、振動の加速度が下向き
のときにインクを溶融すると、振動の加速度方向が上方
向へ変わるときにコントロールノズル５内の固形インク
９ｓが吐出ノズル３内へ移動し吐出ノズル３内の溶解イ
ンク９ｒを吐出する。そして、駆動ＩＣ２９により印加
電圧をオフにすると、コントロールノズル５の周壁面を
形成する発熱体４の熱は放熱板を兼ねる第２の振動体２
２により発散し、コントロールノズル５内が急速に冷却
されインクが固まる。即ち、発熱体４を加熱する前の状
態になる。コントロールノズル５内での固形インク９ｓ
の溶融・固化は、その表面の僅かの領域例えば０．３μ
ｍ程度の領域であるため応答性に優れ、理論上１秒当た
りに周波数回の印字が可能となる。そこで、駆動ＩＣ２
９に入力される画像データあるいは文字データに基づい
てコントロールノズル５の発熱体４が選択的に発熱され
ることにより、選択されたコントロールノズル５の下の
吐出ノズル３からのみ溶解インクが吐出される。そし
て、選択されなかったコントロールノズル５の下の吐出
ノズル３内の溶解インク９ｒは、コントロールノズル５
内の固形インク９ｓがコントロールノズル５の内周壁面
に固まって付着し移動しなくなるため、加圧力を伝えず
吐出されることがない。吐出ノズル３内に移動した固形
インク９ｓの一部は吐出ノズル３内において再溶解さ
れ、吐出された分の溶解インク９ｒを補充する。他方、
固形インク９ｓの上部にはコントロールノズル５内で溶
解インク９ｒが固まり、固形インク９ｓを再生する。ま
た、補助インクタンク２５内の溶解インクの残量が少な
くなると、内蔵ヒータ３１の加熱によってインク筒２８
内のインク塊２３を溶融させて補助インクタンク２５内
に自動的に補充される。

【００２４】尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の
一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の
要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能であ
る。例えば、ヘッドユニットの構造は本実施例のものに
特に限定されるものではなく、例えば特願平４−１４７
９０４号で開示された構造のように、吐出ノズルを設け
ずにコントロールノズルだけでインク吐出を制御するよ
うにしたものでも実施できる。即ち、共有インクタンク
の底部に発熱体で内面が覆われたコントロールノズルを
必要数だけ設置し、コントロールノズル内では自然冷却
によってインクを因化させておき、選択されたノズルの
発熱体の発熱によってコントロールノズルで固まってい
たインクを溶かして振動手段によって加えられる慣性力
で吐出させるようにしている。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
のインク吐出装置は、共有のインクタンクとこれにそれ
ぞれ連通してインクの吐出を制御できる複数の吐出ノズ
ルを含むヘッドユニットを振動手段に搭載し、振動手段
によって共有インクタンク内の溶解インクを吐出方向に
加圧する加圧力を得て選択された吐出ノズルから溶解イ
ンクを吐出させる一方、振動手段は記録媒体への記録領
域では振動し、記録領域の外のヘッドユニットの移動方
向が変えられる折り返し端付近、即ちインク吐出の必要
のない印字領域の外では振動を停止しているので、必要
のないときには振動手段から発生する音を抑制すること
ができる。また、振動片を必要でないときには停止させ
ているので、寿命が延びる。更に印字中においても、印
字領域の外の折り返し端付近では振動手段の振動が停止
するため、換言すればヘッドユニットが振動しないた
め、クリーニング作業を行わせることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図３】本発明の前提となる振動駆動方式のインク吐出
装置の原理を示す断面図で、（Ａ）は吐出前、（Ｂ）は
吐出時の状態をそれぞれ示す。

【図２】本発明のインク吐出装置の作動の一例を示すタ
イミングチャートである。

【図４】図３の振動駆動方式のインク吐出装置の平面図
である。

【図５】図３のインク吐出装置のＶ−Ｖ線断面図であ
る。

【図１】本発明のインク吐出装置を実施したプリンタの
外観を示す斜視図である。

【図６】へッドの振動サイクル図である。

【図７】従来のマルチノズルを示す斜視図である。

【符号の説明】

１ インク吐出装置 ２ 共有インクタンク ２０ ヘッドユニット ２１ 第１の振動体 ２２ 第２の振動体 １９ 記録媒体 Ｐ 記録領域 Ｍ インク吐出装置の移動範囲 Ｓ 振動停止範囲

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ４１Ｊ 2/07 Ｂ４１Ｊ 3/04 １０３ Ｓ １０４ Ｚ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱融解性インクを溶融し吐出させて印字
   または画像記録を行う装置におけるインク吐出装置にお
   いて、共有のインクタンクとこれにそれぞれ連通してイ
   ンクの吐出を制御できる複数の吐出ノズルを含むヘッド
   ユニットを振動手段に搭載し、前記振動手段によって前
   記共有インクタンク内の溶解インクを吐出方向に加圧す
   る加圧力を得て選択された前記吐出ノズルから溶解イン
   クを吐出させる一方、前記振動手段は記録媒体への記録
   領域では振動し、記録領域の外のヘッドユニットの移動
   方向が変えられる折り返し端付近では振動しないことを
   特徴とするインク吐出装置。
2. 【請求項２】 前記振動手段は共振作用を利用したもの
   であることを特徴とする請求項１記載のインク吐出装
   置。