(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェットヘッドと、
前記インクジェットヘッドを着脱自在に保持するキャリアと、
前記キャリアに実装され、前記インクジェットヘッドの温度が第１の温度より高い場合に、前記インクジェットヘッドの温度を前記第１の温度より低い温度である第２の温度まで冷却し、前記インクジェットヘッドの温度が第１の温度より低い場合に、前記インクジェットヘッドの温度を前記第１の温度より高い温度である第３の温度まで加熱するペルチェ素子と、
を備えたことを特徴とするインクジェットプリンタ。
【請求項２】
インクジェットヘッドと、
前記インクジェットヘッドを着脱自在に保持するキャリアと、
前記キャリアに実装され、前記インクジェットヘッドを所定の温度に保つペルチェ素子とを備え、
前記インクジェットヘッドが、前記キャリアに熱伝導性の低い材料で形成されるヘッドスタッド、および前記インクジェットヘッドとの接触面積の小さい少なくとも２本のピンを介し着脱自在に保持される
ことを特徴とするインクジェットプリンタ。
【請求項３】
インクジェットヘッドと、
前記インクジェットヘッドを着脱自在に保持するキャリアと、
前記キャリアに実装され、前記インクジェットヘッドを所定の温度に保つペルチェ素子とを備え、
前記ペルチェ素子が、前記キャリアに熱伝導性の高い接着剤を介して接着され、かつ、粘着材により固定された熱伝導性の高いラバーを介して前記インクジェットヘッドを冷却する
ことを特徴とするインクジェットプリンタ。
【請求項４】
インクジェットヘッドと、
前記インクジェットヘッドを着脱自在に保持するキャリアと、
前記キャリアに実装され、前記インクジェットヘッドの温度が第１の温度より高い場合に、前記インクジェットヘッドの温度を前記第１の温度より低い温度である第２の温度まで冷却し、前記インクジェットヘッドの温度が第１の温度より低い場合に、前記インクジェットヘッドの温度を前記第１の温度より高い温度である第３の温度まで加熱するペルチェ素子と、
前記インクジェットヘッドにおける前記第１〜第３の温度を１つのサーミスタで測定し、前記インクジェットヘッドの温度が前記第２の温度と前記第３の温度の温度範囲内にある時に前記ペルチェ素子に駆動電流を継続して供給する制御回路と、
を備えたことを特徴とするインクジェットプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、キャリアにペルチェ素子が実装され、インクジェットヘッドをペルチェ素子によって冷却または加熱して印字品位を安定させることのできるインクジェットプリンタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インク液滴を記録媒体に直接吹きかけて文字や画像を描くインクジェットプリンタがオフィスや個人向けのプリンタとして普及してきた。
インクジェットプリンタは液状のインクを用いるため、その印字品質は温度環境に影響される。すなわち、高温環境で使用される場合、インクの粘性が低下し、インクジェットヘッドがインクを吐出する際に、インクの飛び散り（サテライト）が発生し、印字品位を確保できない。
【０００３】
例えば、ＡＴＭの印刷装置としてインクジェットプリンタが用いられ、これを屋外に設置する場合、外気温に加え、装置内の発熱により、ヘッド周辺温度が５０℃程度にもなることがある。通常、装置内の温度を冷却するためには、空気循環用のファンを増設する等の処置が一般的であるが、部品代が増え、さらに実装が難しいのが現状である。そこで、インクジェットヘッドのみを装置内温度より下げるためにペルチェ素子を用いた冷却が考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ペルチェ素子を用い、同素子が持つ２種の金属が接合している部分に電流を流すことによる熱の出入りを利用したインクジェットヘッドの冷却方法が、特開平１１―５８７６７号公報に開示されている。しかしながら、インクジェットヘッド内部にペルチェ素子を搭載した場合は、ペルチェ素子が非常に高価なことから、インクジェットヘッドの価格も高価なものとなってしまう。
また、特開平１１―５８７６７号公報には、インクジェットヘッドを取り付けるキャリアにペルチェ素子を埋め込んだものも記載されているが、ペルチェ素子の高温側と低温側が単にキャリアの中にあるため、熱が互いに伝達してしまい、非常に効率の悪いものとなってしまうという欠点がある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、キャリアにペルチェ素子を実装し、インクジェットヘッドをペルチェ素子によって冷却または加熱して印字品位を安定させるとともに、キャリアの熱を熱伝導性の低い樹脂等および接触面積の小さいピンにより遮断し、ペルチェ素子によるインクジェットヘッドの冷却または加熱効率の低下を防ぐインクジェットプリンタを提供することを目的とする。
【０００６】
また、ペルチェ素子とインクジェットヘッドとの間に、弾性変形し熱伝導性の良いラバーを設けることにより、インクジェットヘッドの取付け寸法や形状のばらつきを吸収し、安定した冷却または加熱を可能とするインクジェットプリンタを提供することも目的とする。更に、ペルチェ素子に駆動をかける温度と冷却または加熱してペルチェ素子の駆動を停止する温度との間に温度差を設けることにより、無駄なスイッチングを減少させ、ペルチェ素子の延命化をはかったインクジェットプリンタを提供することも目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために請求項１に記載の発明は、インクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドを着脱自在に保持するキャリアと、前記キャリアに実装され、前記インクジェットヘッドの温度が第１の温度より高い場合に、前記インクジェットヘッドの温度を前記第１の温度より低い温度である第２の温度まで冷却し、前記インクジェットヘッドの温度が第１の温度より低い場合に、前記インクジェットヘッドの温度を前記第１の温度より高い温度である第３の温度まで加熱するペルチェ素子とを備えることとした。
上記構成により、ペルチェ素子を介してインクジェットヘッドを冷却または加熱するため、高温または低温環境下においても安定した印字が可能であり、インクジェットヘッドをペルチェ素子によって冷却または加熱し印字品位を安定化させることができる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、インクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドを着脱自在に保持するキャリアと、前記キャリアに実装され、前記インクジェットヘッドを所定の温度に保つペルチェ素子とを備え、前記インクジェットヘッドが、前記キャリアに熱伝導性の低い材料で形成されるヘッドスタッド、および前記インクジェットヘッドとの接触面積の小さい少なくとも２本のピンを介し着脱自在に保持されることとした。
このことにより、高温環境下では、ペルチェ素子の高温側がキャリアに接着しているので放熱されやすく、また、インクジェットヘッドを熱伝導性の低い樹脂材のヘッドスタッドと、接触面積が極めて小さいピンで保持しているため高熱となっているキャリアの熱がインクジェットヘッドに伝わることがないため冷却が効率良く行われる。
また、低温環境下では、インクジェットヘッドの熱が、低温になっているキャリアに伝わることがないため、加熱が効率よく行われる。
【０００９】
更に、請求項３に記載の発明によれば、インクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドを着脱自在に保持するキャリアと、前記キャリアに実装され、前記インクジェットヘッドを所定の温度に保つペルチェ素子とを備え、前記ペルチェ素子が、前記キャリアに熱伝導性の高い接着剤を介して接着され、かつ、粘着材により固定された熱伝導性の高いラバーを介して前記インクジェットヘッドを冷却することとした。
このことにより、ペルチェ素子とインクジェットヘッドの間に、弾性変形し熱伝導性が良いラバーを介しているため、インクジェットヘッドの取り付け寸法や形状のばらつきを容易に吸収することが可能であり、さらに密着性も向上するため、安定した冷却または加熱が可能となる。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、インクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドを着脱自在に保持するキャリアと、前記キャリアに実装され、前記インクジェットヘッドの温度が第１の温度より高い場合に、前記インクジェットヘッドの温度を前記第１の温度より低い温度である第２の温度まで冷却し、前記インクジェットヘッドの温度が第１の温度より低い場合に、前記インクジェットヘッドの温度を前記第１の温度より高い温度である第３の温度まで加熱するペルチェ素子と、前記インクジェットヘッドにおける前記第１〜第３の温度を１つのサーミスタで測定し、前記インクジェットヘッドの温度が前記第２の温度と前記第３の温度の温度範囲内にある時に前記ペルチェ素子に駆動電流を継続して供給する制御回路とを備えることとした。
このことにより、ペルチェ素子に駆動をかける温度と冷却または加熱してペルチェ素子の駆動を止める温度に差を設けているため、無駄なスイッチングを減少させることにより、ペルチェ素子の熱ダメージを低減し、長寿命化を可能にしている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明において使用されるインクジェットヘッドおよびキャリアの構造を示す図である。
図１において、着脱可能なインクジェットヘッド１は、熱伝導率が低い２個のヘッドスタッド２、及び、軸径が極めて細く、かつ、接触面積の小さい２個のピン３を介してキャリア４に保持されている。キャリア４には、他に熱伝導性接着剤５によってペルチェ素子６が接着されている。
【００１２】
ペルチェ素子６は周知のように、２種の金属が接合している部分に電流を流すとき、一方の接合部で吸熱し、他方の接合部で発熱する現象（ペルチェ効果）を利用した熱電変換デバイスであり、ここでは、弾性変形する熱伝導性ラバー７を介して、インクジェットヘッド１を冷却する。このとき、ペルチェ素子６の高温側が発熱する熱はキャリア４に放熱される。ただし、キャリア４に伝わった熱はヘッドスタッド２およびピン３によってほぼ遮断されるため、インクジェットヘッド１に直接伝わることがなく、インクジェットヘッド１を効率よく冷却することが可能になる。
【００１３】
このことにより、インクジェットヘッド１周辺の温度が高温になってもインクジェットヘッド１をペルチェ素子６で効率よく冷却し、適温で印字を行なう環境ができるため、高品位な印字を可能とする。また、ペルチェ素子６を交換可能なインクジエットヘッド１内部に実装せずキャリア４に実装するため、インクジェットヘッド１の冷却機構を有する寿命が長い装置においても、従来と同等価格の保守用ヘッドを提供することが可能である。
【００１４】
図２は、図１に示すインクジェットヘッド未装着の場合におけるインクジェットプリンタの概略構造を示す図、図３は、図１に示すインクジェットヘッドを装着した場合のインクジェットプリンタの概略構造を示す図である。
以下、図２、図３を参照しながら、図１に示すインクジェットヘッド、キャリアの詳細構造ならびに動作について説明する。
【００１５】
インクタンク８、駆動ドライバおよび圧電素子が実装された基板９、基板９に密着固定しているアルミヘッドフレーム２１、自身に電源や印字データを供給するヘッドケーブル２０を含むインクジェットヘッド１は、ガイドシャフトＡ１８とガイドシャフトＢ１９に摺動自在に保持されている。
【００１６】
また、インクジェットヘッド１は、熱伝導率の極めて低い樹脂等により形成されるヘッドスタッド２、および直径が１ｍｍ程度でインクジェットヘッド１に接触する面積が極めて小さいピン３が各々２個圧入または接着されているキャリア４およびヘッドストッパスプリング２６（図２）によって、キャリア４に密着される方向に押下するヘッドストッパ１１を介して着脱自在に保持されている。
【００１７】
キャリア４には、熱伝導性接着材３によってペルチェ素子６が接着固定されている。また、ペルチェ素子６とインクジェットヘッド１の間にあり、ペルチェ素子６に粘着材（図示せず）によって固定されているラバー７が搭載されている。ラバー７は、インクジェットヘッド１が保持されたときに弾性変形して密着するように僅かにインクジェットヘッド１側に飛び出している。
【００１８】
インクジェットヘッド１のヘッドノズル１０の下方に、プラテン１６によって適度な印字距離を確保された媒体１７が、モータ（図示せず）によって回転可能なフィードローラＡ１２とＢ１３およびフィードローラＡ１２とＢ１３の対向位置にあり、媒体を適度な圧力で挟み込むピンチローラＡ１４とＢ１５によって搬送可能となっている。
ガイドシャフトＡ１８およびＢ１９はフレーム２２に保持され、モータ（図示せず）によって回転可能な駆動プーリ２３と、従動プーリ２４によって適度に張りを持たせたタイミングベルト２５を介して、キャリア４が摺動する。
【００１９】
図４は、駆動ドライバおよび圧電素子が実装された基板９に搭載されているペルチェ素子６を駆動するための制御回路の内部構成を示すブロック図である。
図４に示すように、制御回路は、ＣＰＵ２９を制御中枢とし、ペルチェ素子６、ヘッドサーミスタ２７、Ａ／Ｄコンバータ２８、Ｄ／Ａコンバータ３０で構成される。
ヘッド温度検出用のヘッドサーミスタ２７は、温度により変化する電圧をヘッドケーブル２０を介してＡ／Ｄコンバータ２８に送る。Ａ／Ｄコンバータ２８はアナログ信号をデジタル信号に変換し、ＣＰＵ２９に信号を送る。ＣＰＵ２９は、温度検出結果により、規定の値をある温度検出結果となるようデジタル信号でＤ／Ａコンバータ３０に送付し、Ｄ／Ａコンバータ３０は規定の電流をペルチェ素子６に送る。
【００２０】
図５は、図４に示す制御回路の動作を示すフローチャートである。
以下、図５に示すフローチャートを参照して図４に示すペルチェ素子６の駆動に関する動作シーケンスについて説明する。
【００２１】
ＣＰＵ２９は、インクジェットヘッド１の動作状態（印字待機状態、印字中）にかかわらず、常にインクジェットヘッド１の温度をヘッドサーミスタ２７により監視している（ステップＳ５１）。ここでは、インクジェットヘッド１もしくは近傍の温度が３０℃以下になっているか否かを監視している。
【００２２】
装置通電直後、インクジェットヘッド１もしくはその近傍の温度が３０℃以下であった場合はペルチェ素子６に電流は送らず（ステップＳ５３）、以降、インクジェットヘッド１もしくは近傍の温度が３０℃を越えた場合は、２５℃になるまでペルチェ素子６に電流を継続して送り続ける（ステップＳ５２）。装置通電直後のインクジェットヘッド１の温度が３０℃を越えていた場合も、２５℃になるまでペルチェ素子６に電流を送り続ける（ステップＳ５４）。
【００２３】
このように、ペルチェ素子６の駆動に際し、３０℃と２５℃の２種類の駆動条件を設けることにより、無駄なスイッチングを回避し、熱ダメージを減らすことによりペルチェ素子６自身の延命化をはかっている。
尚、この間、印字の可否についてはインクジェットヘッド１の温度に依存しない。
【００２４】
次に、印字動作について説明する。図１において、フィードローラＡ１２およびＢ１３により媒体１７がヘッドノズル１０の直下にセットされると、キャリア４は、モータ駆動により駆動プーリ２３およびタイミングベルト２５を介して印字位置まで移動する。
印字は、電気信号および電源がヘッドケーブル２０を介して駆動ドライバおよび圧電素子が実装された基板９に送られ、インクタンク８から供給されたインクが、圧電素子の運動によりヘッドノズル１０から媒体に飛ばされることにより行なわれる。このときキャリア４が往復運動することによりヘッドノズル１０の大きさより広い範囲の印字を可能にしている。
【００２５】
同時に、ＣＰＵ２９（図４）で常に監視しているヘッドの温度が３０℃以上になると、ペルチェ素子６に電流が送られ、ペルチェ素子６の低温側がラバー７を介して、駆動ドライバおよび圧電素子が実装された基板９に密接するアルミヘッドフレーム２１を冷却し、駆動ドライバおよび圧電素子が実装された基板９の発熱を吸熱し、さらにインクの冷却を行う。このことにより、装置内温度が高温であった場合においてもインクが冷却されるため、常に安定した印字が可能となる。
【００２６】
以上説明したように本発明は、キャリア４にペルチェ素子６が実装されていて、インクジェットヘッド１をペルチェ素子６によって冷却または加熱し、印字品位を安定させたものであり、 キャリア４の熱を熱伝導性の悪い樹脂等および接触面積の小さいピン等で遮断し、ペルチェ素子６によるインクジェットヘッド１の冷却効率の低下を防いでいる。また、ペルチェ素子６とインクジェットヘッド１との間に、弾性変形し、熱伝導性の良いラバー７を用いることによってインクジェットヘッド１の取付け寸法や形状のばらつきを容易に吸収している。
【００２７】
尚、上述した本発明実施形態においては、監視温度および冷却温度を２５〜３０℃としているが、任意温度で適用可能である。また、ペルチェ素子６をインクジェットヘッド１の冷却用に用いた場合のみ例示したが、外気温が低温時の加熱についても適用可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、ペルチェ素子によりインクジェットヘッドを冷却するため、高温環境下においても安定した印字が可能であり、インクジェットヘッドをペルチェ素子によって冷却または加熱し印字品位を安定化させることができる。また、ペルチェ素子をインクジェットヘッドの内部に設置せず、キャリアに実装しているため、インクジェッドヘッド単体は従来品を使用でき、装置寿命が長くインクジェットヘッドの保守交換を前提としている装置においても、ペルチェ素子による冷却機能を有していながら、保守用（交換用）インクジェットヘッドは従来の価格で提供できる。
【００２９】
請求項２に記載の発明によれば、ペルチェ素子の高温側がキャリアに接着しているので放熱されやすく、また、ヘッドを熱伝導性の低い樹脂材のヘッドスタッドと、接触面積が極めて小さいピンで保持しているため高熱となっているキャリアの熱がインクジェットヘッドに伝わることがないため冷却または加熱が効率良く行われる。
請求項３に記載の発明によれば、ペルチェ素子とインクジェットヘッドの間に、弾性変形し熱伝導性が良いラバーを介しているため、インクジェットヘッドの取付け寸法や形状のばらつきを容易に吸収することが可能であり、さらに密着性も向上するため、安定した冷却が可能である。
【００３０】
請求項４に記載の発明によれば、ペルチェ素子に駆動をかける温度と冷却してペルチェ素子の駆動を止める温度に差を設けているため、無駄なスイッチングを減少させることにより、ペルチェ素子の熱ダメージを低減し、長寿命化を可能にしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のインクジェットプリンタに使用されるインクジェットヘッドおよびキャリアの構造を示す図である。
【図２】  図１に示すインクジェットヘッド未装着の場合におけるインクジェットプリンタの概略構造を示す図である。
【図３】  図１に示すインクジェットヘッドを装着した場合のインクジェットプリンタの概略構造を示す図である。
【図４】  図１に示す駆動ドライバおよび圧電素子基板に搭載されているペルチェ素子を駆動するための制御回路の内部構成を示すブロック図である。
【図５】  図４に示す制御回路の動作シーケンスをフローチャートで示した図である。
【符号の説明】
１…インクジェットヘッド、２…ヘッドスタッド、３…ピン、４…キャリア、５…熱伝導性接着剤、６…ペルチェ素子、７…ラバー、８…インクタンク、９…（駆動ドライバおよび圧電素子が実装された）基板、２７…ヘッドサーミスタ、２８…Ａ／Ｄコンバータ、２９…ＣＰＵ、３０…Ｄ／Ａコンバータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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