JPH08309965A - 液体噴射装置、およびインクジェットプリント装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インクなどの液体を噴射するプリントヘッド
などの液体噴射部の発熱量が大きくても、それらを確実
に温度管理することができる液体噴射装置およびインク
ジェットプリント装置を提供すること。 【構成】 エアーコンプレッサ１７から、１．１気圧に
圧縮した冷却用の気体１３としての空気を配管１８、電
磁弁１５、およびチューブ１４を介してエアーノズル１
２内に導入し、そのエアーノズル１２の吹き出し口１２
ａから冷却用の気体１３としての空気をインクジェット
プリント装置のヘッドユニット２に吹きかける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体噴射装置およびそ
れを用いたインクジェットプリント装置に関するもので
ある。

【０００２】さらに詳しくは、液体噴射装置は、種々の
液体を噴射して物体を移動させたり、あるいはインクを
吐出することによってインクジェットプリント装置に用
いられたりするものである。インクジェットプリント装
置は、例えば、紙や布、不織布、ＯＨＰ用紙等のプリン
ト媒体に対して、所定のプリントを行うものであり、特
に、本発明は、長時問連続的にプリント動作したり、１
ｍ以上のプリント幅の布を連続してプリントするために
好適であり、具体的な適用機器としては、プリンタ、複
写機、ファクシミリ、プリンタなど事務機器や大量生産
機器等を挙げることができる。

【０００３】

【従来の技術】液体噴射装置の一つであるインクジェッ
トプリント装置は、熱エネルギーを利用してインクを吐
出するプリントヘッドを用い、そのプリントヘッドに形
成された複数のインク吐出口からプリントデータ信号に
基づいてインクを吐出し、インク液滴を用紙などの被プ
リント物に付着させてプリントを行う装置であり、プリ
ンタやファクシミリなどに使用されている。

【０００４】この種のインクジェットプリント装置にお
いては、装置の温度、特にプリントヘッド部分の温度に
よって、インクの粘度等の性状が変化してインク吐出状
態が変化し、印字等のプリント品質に影響がでるため、
プリントヘッド部分の温度を所望範囲内に制御する必要
がある。このプリントヘッド部分の温度は、装置の内部
温度や外部温度並びに使用条件などによって変化し、こ
れらが変化すると良好なインク吐出が得られなくなるお
それがある。

【０００５】ところで、従来のプリントヘッド部分の温
度制御の方法としては、印字等のプリントサイクル中の
駆動時間すなわちインクの吐出エネルギー発生体（例え
ば「ヒータ」）への通電時間を増減する方法、プリント
ヘッドの全体の温度管理をするための加熱用の発熱体
（例えば、「ヒータ」）の通電をプリントヘッド部分の
検出温度に基づいて断続する方法、あるいは、特開昭６
１−２１１０４５号に記載されているように、プリント
ヘッドユニットにヒータおよび温度検出手段を設けると
ともに装置内に送風機を設け、装置の制御部から、前記
温度検出手段の検出信号に基づいて前記ヒータおよび前
記送風機の駆動を制御することにより、プリントヘッド
部分の温度を、適正なインク滴を形成するための温度範
囲に維持する方法などがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例え
ば、投入電力の大きなプリントヘッド、長尺のプリント
ヘッド、あるいは高速駆動を行うプリントヘッドなどの
発熱量の大きなプリントヘッドに対しては、上述した従
来の温度制御の方式では充分な温調効果が得られず、プ
リントヘッドを最適な温度範囲に維持するのが困難であ
った。

【０００７】本発明の目的は、インクなどの液体を噴射
するプリントヘッドなどの液体噴射部の発熱量が大きく
ても、その液体噴射部を的確に温度管理することができ
る液体噴射装置およびインクジェットプリント装置を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の液体噴射装置
は、熱エネルギーを利用して液体噴射部から液体を噴射
させる液体噴射装置において、前記液体噴射部に少なく
とも大気圧以上に圧縮された冷却用気体を吹きかける冷
却手段を備えたことを特徴とする。

【０００９】本発明のインクジェットプリント装置は、
上記の液体噴射装置を備え、前記液体噴射部は、熱エネ
ルギーを利用してインクを吐出して被プリント物にプリ
ントを行うプリントヘッドであり、さらに、前記プリン
トヘッドと前記被プリント物とを相対移動させる移動手
段を備えたことを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明によれば、熱エネルギーを利用してイン
ク等の液体を噴射するプリントヘッドのような液体噴射
部に対して、少なくとも大気圧以上に圧縮された冷却用
の気体を吹きかけることにより、送風機等を用いた場合
よりも速い気体の流速を得、さらに気体の断熱膨張の効
果により、その気体を大気より低い温度にすることを可
能とし、発熱量の大きな液体噴射部に対しても十分な温
調効果を発揮する。

【００１１】液体噴射部がインクジェットプリント装置
のプリントヘッドである場合には、プリントヘッドを所
定の温度範囲内に維持して、安定したプリントを実現す
る。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例とし
て、液体噴射装置の一例としてのシリアルプリンター型
式のカラーインクジェットプリント装置について説明す
る。

【００１３】（第１の実施例）図１において、キャリッ
ジ１には、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの４
色のインクに対応するカラー用のインクジェットプリン
トヘッドユニット２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが搭載されて
おり、そのキャリッジ１は、ガイドシャフト３によって
図中の左右方向に移動自在に支持されている。また、キ
ャリッジ１にはタイミングベルト（図示せず）が連結さ
れており、そのタイミングベルトがパルスモータ（図示
せず）によって移動されることにより、キャリッジ１が
ガイドシャフト３にガイドされつつ被プリント物４のプ
リント面に沿って駆動される。さらに、被プリント物４
を搬送するための搬送ローラ５、その被プリント物４を
案内するための案内ローラ６が備えられている。

【００１４】サブキャリッジ７には、記録ヘッドユニッ
ト２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄのそれぞれに対応するインク
タンク８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄが搭載され、ガイドシャ
フト３にガイドされつつキャリッジ１と並行に移動し、
インクタンク８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ内の記録用液体と
してのインクは供給チューブ９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ
（９ａ，９ｂ，９ｃは図示せず）を介してプリントヘッ
ドユニット２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに供給される。

【００１５】図２はプリントヘッドユニット２（ユニッ
ト２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄのそれぞれを代表する）の概
略構成図であり、エッチング、蒸着、スパッタリング等
の半導体製造ブロセス工程を経て、基枚３２上に製膜さ
れた電気熱変換体２２、電極２３、ノズル壁２４、およ
び天板２５から構成されている。記録用液体としてのイ
ンク２６は、インクタンク８( インクタンク８ａ，８
ｂ，８ｃ，８ｄのそれぞれを代表する) からチュープ９
（チューブ９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄのそれぞれを代表す
る）を介してプリントヘッドユニット２内の共通液室２
７に供袷される。図中２８は、インク供給管用のコネク
タである。共通液室２７内に供給されたインク２６は、
毛細管現象によりインク流路２９内に供給され、その先
端のオリフィス面３０（インク吐出面）でメニスカスを
形成することにより安定に保持される。ここで、電気熱
変換体２２に通電することにより、電気熱変換体２２上
のインク２６が加熱され、発泡現象が生じ、その発泡の
エネルギーによりオリフィス面３０のイング吐出口から
インク滴が吐出する。つまり、電気熱変換体２２からの
熱エネルギーによってインク２６が吐出することにな
る。

【００１６】本実施例におけるヘッドユニット２の温度
調整はベースプレート３１の基板３２と反対側の面に、
大気圧以上に圧縮した空気等の冷却用気体を吹きかける
ことにより行う。安定した印字等のプリント品位を保つ
ためには、電気熱変換体２２（発熱部）の近傍を温度制
御することが効果的であり、なるべく電気熱変換体２２
に近い位置のベースプレート３１に冷却用気体を吹きか
けることが温調効率上好ましい。

【００１７】圧縮した冷却用気体をヘッドユニット２に
吹きかけるための構成を図３に示す。

【００１８】１２は冷却用気体の吹きかけ手段としての
エアーノズルであり、圧縮された空気等の冷却用気体１
３を吹き出すための吹き出し口１２ａを有し、その吹き
出し口１２ａから吹き出した気体１３をプリントヘッド
ユニット２のベースプレート３１の表面に吹きかけるよ
うになっている。本実施例では、ベースプレート３１の
全面に渡って均等に気体１３を吹きかけるように、１つ
のヘッドユニット２に対応するエアーノズル１２に３つ
の吹き出し口１２ａが設けられている。吹き出し口１２
ａの数は、必ずしも３つである必要はなく、ヘッドユニ
ット２の長さなどに応じて適宜設定すればよい。また、
必要となる温調能力に応じて、気体１３の圧縮率と吹き
出し口１２ａの口径を設定することにより、気体１３の
流量、流速、さらには断熱膨張による冷却効果を決定す
る。実験の結果では、およそ１．１気圧以上に圧縮され
た気体１３が大気圧に解放されたときに、断熱膨張によ
る温度低下の効果が確認され、その冷却効果は、圧縮さ
れた気体１３の吹き出し口１２ａの形状、それによって
決まる流量、流速、および気体１３の種類によって決定
される。気体１３をヘッドユニット２に当てる角度θ
（図４参照）は、目標温調能力、キャリッジ１内のスペ
ース等に応じて、４５°〜９０°の範囲に設定する。ま
た、ヘッドユニット２とキャリッジ１との間は後述する
ようにシールされており、ヘッドユニット２のインク吐
出口への気体１３の流れの回り込みをなくして、プリン
トの妨げとならないようになっている。

【００１９】圧縮された気体１３は、供給手段としての
エアーコンプレッサ１７から、配管１８、調整手段とし
てのエアー電磁弁１５、チューブ１４を通してエアーノ
ズル１２に供給され、エアー電磁弁１５の開閉動作によ
って気体１３の供給系が連通、遮断される。ヘッドユニ
ット２には、ヒータ１０および温度検出手段１１が設け
られている。ヒータ１０は、例えばパワートランジスタ
あるいは発熱素子等を使用することができ、ヘッドユニ
ット２の全面に渡って均等に熱を伝えることができる最
適な位置に配置されている。温度検出手段１１の検出信
号は制御手段としての制御部１６に入力され、その制御
部１６は、後述するように温度検出手段１１の検出温度
に基づいてエアー電磁弁１５およびヒータ１０を制御
し、もってヘッドユニット２の温度を適正なインク滴を
形成するための温度範囲に維持する。

【００２０】図４は、エアーノズル１２の配備形態の一
例を示す。本例において、チューブ１４の内径は５ｍ
ｍ、エアーノズル１２の吹き出し口１２ａの口径は１ｍ
ｍとなっている。

【００２１】キャリッジ１とヘッドユニット２との隙間
部１００１はゴム材１００２によって封止されている。
また、気体１３をベースプレート３１の面に吹きかける
角度θは４５°とされ、その気体１３の吹きかけ方向
は、オリフィス面３０に近い位置から、インク滴１００
０の噴射方向（矢印Ａ方向）とは反対の方向（矢印Ｂ方
向）とされており、これにより、気体１３がオリフィス
面３０側に回り込むことによるプリントの乱れが生じな
いようになっている。

【００２２】長尺のヘッドユニット２のように、その両
端部よりも中央部の方が温度が若干高くなる傾向がある
場合には、その中央部に向かって気体１３を吹きかける
吹き出し口１２ａの数を多くしたり、それぞれの吹き出
し口１２ａの口径を変えて流量や流速を調整することに
より、ヘッドユニット２内の温度勾配を小さく抑えるこ
ともできる。このように、エアーノズル１２は、その構
成、配置に関しての自由度が高く、狭いスペースにおい
て発熱部近傍部分の温調を効果的に行う上においてきわ
めて有利である。

【００２３】次に、図５および図６を参照して、制御部
１６の制御動作について説明する。

【００２４】図５は、ヒータ１０に関しての制御手順を
示し、装置の電源がオンになると、まずステップ１０１
でヒータ制御の要求の有無を判定し、その要求があれば
ステップ１０２で１秒間タイマーを作動させ、ステップ
１０３で１秒間経過したことを確認してから、ステップ
１０４で温度検出手段１１からの温度データを読み取
る。この温度データから、ヘッドユニット２が所定の設
定温度範囲よりも低いか否かをステップ１０５で判定
し、それが設定温度範囲よりも低ければステップ１０６
でヒータ１０の駆動回路をオンにして、ヘッドユニット
２を加熱する。ステップ１０５の判定で温度データが設
定温度範囲よりも低くないときは、ステップ１０７でそ
れが設定温度範囲よりも高いか否かを判定し、それが設
定温度範囲よりも高ければステップ１０８でヒータ１０
の通電をオフにし、それが設定温度範囲よりもたかくな
ければそのままにする。

【００２５】このようにヒータ１０の制御を行い、ステ
ップ１０１でヒータ制御の要求がないと判定されたとき
は制御動作を終了する。

【００２６】図６は、電磁弁１５のオン、オフ制御の手
順を示し、装置の電源がオンになると、まずステップ２
０１で電磁弁１５の制御の要求の有無を判定し、その要
求があればステップ２０２で温度検出手段１１からの温
度データを読み取る。ステップ２０３で温度データが所
定の設定温度範囲よりも高いか否かを判定し、それが設
定温度範囲よりも高ければステップ２０４で電磁弁１５
をオンとし、エアーノズル１２から気体１３を噴射させ
てヘッドユニット２を冷却する。温度データが設定温度
範囲よりも高くなければ、ステップステップ２０５でそ
れが設定温度範囲よりも低いか否かを判定する。それが
設定温度範囲よりも低ければ、ステップ２０６で電磁弁
１５をオフにしてエアーノズル１２からの気体１３の噴
射を止め、それが設定温度範囲よりも低くなければその
ままにする。

【００２７】このように電磁弁１５の制御を行い、ステ
ップ２０１で電磁弁制御の要求がないと判定されたとき
は制御動作を終了する。

【００２８】そして、このようなヒータ１０と電磁弁１
６の制御によって、ヘッドユニット２が所定の設定温度
範囲を外れた低温または高温となったときに、その温度
を迅速かつ正確に調整することでき、この結果、インク
吐出を良好な状態に維持することができる。

【００２９】本実施例において、エアーコンプレッサ１
７によって圧縮された気体１３は、各ヘッドユニット２
ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄのそれぞれに対応したエアーノズ
ル１９毎に、エアー電磁弁１５を介して供給される。そ
のエアーコンプレッサ１７は、インクジェットプリント
装置１台につき１台の専用エアーコンプレッサであって
もよく、またインクジェットプリント装置を工場等のエ
アーコンプレッサ設備の整った場所に設定する場合に
は、そのエアーコンプレッサ設備を利用すべく、その設
備から配管によって圧縮された空気等の気体を導入する
ようにしてもよい。

【００３０】なお、本実施例では、ヘッドユニット２に
対してヒータ１０および温度検出手段１１を１つずつ備
えたが、これらは必要に応じて複数個備えてもよく、さ
らにヘッドユニット２を複数に分割した分割区域毎に温
度制御することもできる。また、本発明がヘッドユニッ
ト２の配備数や構造に関係なく適用できることは勿論で
ある。

【００３１】（第２の実施例）図７は、本発明の第２の
実施例を説明するための図であり、本実施例では、前述
した実施例におけるエアーノズル１９に３つの吹き出し
口１２ａを設け、それらの吹き出し口１２ａに対して、
１本ずつ計３本のチューブ１４によって対応するエアー
電磁弁１５を接続している。それらのエアー電磁弁１５
は、マニホールドタイプであり、配管１８を通してエア
ーコンプレッサ１７から冷却用の気体１３を導入する。
エアー電磁弁１５がマニホールドタイプであることは、
装置全体の小型化を図る上で有利である。

【００３２】このような構成により、３つに分割された
吹き出し口１２ａからの気体１３の噴射が個別に制御で
きることになり、例えば、長尺のヘッドユニット２のよ
うに内部に不均一な温度分布が生じやすいヘッドの温度
制御において特に有効となる。

【００３３】なお、ヘッドユニット２における温度検出
手段１１の配備数は、気体１３の吹き出し口１２ａと同
数、あるいはその数以上とし、それらの温度検出手段１
１によってヘッド内の温度分布を検知して、各温度検出
手段１１に対応させた各吹き出し口１２ａ毎に、気体１
３の噴射を制御するようにしてもよい。また、温度検出
手段１１の配備数を吹き出し口１２ａよりも少ない数
（例えば、１つ）とし、その温度検出手段１１の検出温
度に基づいてヘッド内の各部の温度を予測計算し、その
結果に基づいて各吹き出し口１２ａ毎の気体１３の噴射
を制御するようにしてもよい。

【００３４】（第３の実施例）図８は、本発明の第３の
実施例を説明するための図であり、本実施例では、エア
ーノズル２０から流路管２１内に冷却用の気体１３を通
す構成となっている。

【００３５】エアーノズル２０は、ヘッドユニット２の
長手方向に沿って、それと平行に気体１３を噴射するよ
うになっており、そのエアーノズル２０から噴射された
気体１３は、断面略コ字状の流路管２１の一端側から内
部を通り、そして他端側から放出される。流路管２１
は、ヘッドユニット２の長手方向に沿って平行に延在し
ており、その方向に沿って気体１３が流れる。流路管２
１は、予めヘッドユニット２に貼り付けておいてもよ
く、またはヘッドユニット２を装置本体側に装着したと
きに、そのヘッドユニット２と密着するように装置本体
側に配置してもよい。

【００３６】本例のような構成では、温調に使用する気
体１３の総量をいくつかの吹き出し口に分岐させずに、
１つの吹き出し口から集中してヘッド全域に放出するこ
とができる。

【００３７】なお、流路管２１の機能をヘッドユニット
２のベースプレート３１に兼有させるべく、そのベース
プレート３１自体を、気体１３が流れるような流路をも
つ形状としてもよい。また、エアーノズル２０と流路管
２１は、必ずしも別々に分ける必要はなく、それらを一
体化するように構成してもよい。

【００３８】（他の実施例）本発明の液体噴射装置は、
インクジェットプリント装置のみならず、種々の液体を
噴射することによって物体を移動させる装置などとして
も広範囲に適用することができる。

【００３９】気体１３は少なくとも大気圧以上に圧縮し
て吹きかけるようにすればよく、また、その気体１３の
種類は適宜選定することができる。また、気体１３の吹
きかけ量を多段階的または無段階的に絞り調整するよう
にしてもよい。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
熱エネルギーを利用してインク等の液体を噴射するプリ
ントヘッドのような液体噴射部に対して、少なくとも大
気圧以上に圧縮された冷却用の気体を吹きかけるため、
送風機等を用いた場合よりも速い気体の流速が得られ、
さらに気体の断熱膨張の効果により、その気体を大気よ
り低い温度にすることが可能となり、この結果、発熱量
の大きな液体噴射部に対しても充分な温調効果を得るこ
とができる。したがって、液体噴射部がインクジェット
プリント装置のプリントヘッドである場合には、プリン
トヘッドを所定の温度範囲内に維持することができ、よ
って安定したプリントを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインクジェットプリント装置の要
部の斜視図である。

【図２】図１に示すヘッドユニットの一部切り欠きの拡
大斜視図である。

【図３】図１に示すヘッドユニットに冷却用気体を吹き
かけるための構成の概略斜視図である。

【図４】図３に示すエアーノズル部分の拡大図である。

【図５】図３に示す制御部のヒータに関する制御を説明
するためのフローチャートである。

【図６】図３に示す制御部の電磁弁に関する制御を説明
するためのフローチャートである。

【図７】図１に示すヘッドユニットに冷却用気体を吹き
かけるための構成の他の例を説明するための概略斜視図
である。

【図８】図１に示すヘッドユニットに冷却用気体を吹き
かけるための構成のさらに他の例を説明するための概略
斜視図である。

【符号の説明】

１ キャリッジ ２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ） ヘッドユニット ３ ガイドシャフト ４ 被プリント物 １０ ヒータ １１ 温度検出手段 １３ 冷却用気体 １４ チューブ １５ エアー電磁弁 １６ 制御部 １７ エアーコンプレッサ １８ 配管

フロントページの続き (72)発明者 江幡 時任 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱エネルギーを利用して液体噴射部から
   液体を噴射させる液体噴射装置において、 前記液体噴射部に少なくとも大気圧以上に圧縮された冷
   却用気体を吹きかける冷却手段を備えたことを特徴とす
   る液体噴射装置。
2. 【請求項２】 前記冷却手段は、少なくとも大気圧以上
   に圧縮した冷却用気体を供給する供給手段と、前記供給
   手段から供給された冷却用気体を前記液体噴射部に向か
   って吹きかける吹きかけ手段とを有することを特徴とす
   る請求項１に記載の液体噴射装置。
3. 【請求項３】 前記吹きかけ手段からの前記冷却用気体
   の吹きかけ量を調整可能な調整手段と、 前記液体噴射部の温度を検出する温度検出手段と、 前記温度検出手段の検出温度に基づいて前記冷却用気体
   の吹きかけ量を調整すべく前記調整手段を制御する制御
   手段とを備えたことを特徴とする請求項２に記載の液体
   噴射装置。
4. 【請求項４】 前記吹きかけ手段は、前記液体噴射部に
   向かって前記冷却用気体を射出するノズルであることを
   特徴とする請求項２または３に記載の液体噴射装置。
5. 【請求項５】 前記吹きかけ手段は、前記液体噴射部に
   沿って前記冷却用気体をガイドするものであることを特
   徴とする請求項２または４に記載の液体噴射装置。
6. 【請求項６】 前記液体噴射部は、液体を噴射するため
   の熱エネルギーを発生する電気熱変換体を有することを
   特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の液体噴射
   装置。
7. 【請求項７】 請求項１から６のいずれかに記載の液体
   噴射装置を備え、 前記液体噴射部は、熱エネルギーを利用してインクを吐
   出して被プリント物にプリントを行うプリントヘッドで
   あり、 さらに、前記プリントヘッドと前記被プリント物とを相
   対移動させる移動手段を備えたことを特徴とするインク
   ジェットプリント装置。