(57)【要約】【課題】簡易な構成で、安定した状態で中間タンクから記録ヘッドに対して高粘度のインクが供給され、良好な画像を記録することができるインクジェットプリンタを提供することを目的とする。【解決手段】インク供給管２３の長さＬ及び径ｄは、インクの粘度がμ、インクを安定して吐出可能な圧力損失がｈである場合に、（２．８２３×１０9×ｄ4）／Ｌ＞μ／ｈとなるように構成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体にインクを吐出するノズルが設けられた記録ヘッドを有し、前記記録ヘッドよりも下方位置にインクを一時的に貯留する中間タンクを設け、前記中間タンクと前記記録ヘッドとの間に、前記インクを流通させるインク供給管を配設し、前記インク供給管の長さＬ及び径ｄは、前記インクの粘度がμ、前記インクを安定して吐出可能な圧力損失がｈである場合に、
（２．８２３×１０9×ｄ4）／Ｌ＞μ／ｈ
となるように構成することを特徴とするインクジェットプリンタ。
【請求項２】
記録媒体にインクを吐出するノズルが設けられた記録ヘッドを有し、前記記録ヘッドよりも下方位置にインクを一時的に貯留する中間タンクを設け、前記中間タンクと前記記録ヘッドとの間に、前記インクを流通させるインク供給管を配設したインクジェットプリンタにおいて、前記インク供給管の長さＬ及び径ｄは、前記インクの粘度がμである場合に、
（１．４１１×１０9×ｄ4）／Ｌ＞μ
となるように構成することを特徴とするインクジェットプリンタ。
【請求項３】
前記インクは、３０℃における粘度が１０ｍＰａ・ｓ以上５００ｍＰａ・ｓ以下であり、前記記録ヘッドに、インクを加熱するヒータと、このヒータの温度を制御する制御部とを設け、前記制御部は、前記インクを３０℃以上１５０℃以下に加熱するように前記ヒータを制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェットプリンタ。
【請求項４】
前記インクを紫外線硬化型インクとするとともに、前記紫外線硬化型インクを硬化させる紫外線を照射する紫外線照射装置を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のインクジェットプリンタ。
【請求項５】
前記紫外線硬化型インクは、カチオン重合型インクであることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットプリンタ。
【請求項６】
前記記録媒体は、インクを吸収しない材質であることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のインクジェットプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットプリンタに係り、特に高粘度のインクを使用して画像を形成するインクジェットプリンタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、記録媒体にインクを吐出するノズルが設けられた記録ヘッドを有し、この記録ヘッドよりも上方位置にインクを供給するインク供給部を設けるとともに、記録ヘッドよりも下方位置にインク供給部から供給されるインクを一時的に貯留する中間タンクを設けて、中間タンクからインク供給管を介して、記録ヘッドに対してインクを供給するインクジェットプリンタが用いられている。このインクジェットプリンタでは、中間タンクが記録ヘッドよりも下方位置に設けられているため、ノズルのインクに対して負圧を与えている。
【０００３】
従来のインクジェットプリンタでは、使用するインクの粘度や、１秒間に吐出するインクの量等に関わりなく、機構上の要請のみからインク供給管の長さや径が定められている。ところが、高粘度のインクを使用する場合には、インク供給管内の摩擦抵抗により圧力損失が生じるため、例えば、全てのノズルから連続してインクを吐出させるような場合に、記録ヘッドに対して適量のインクが供給されず、インクの吐出不良が生じることがある。そこで、記録ヘッドに対してインクを押し出すインク圧送機構が設けられインクジェットプリンタもある（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特許第２９８０４７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のインクジェットプリンタ（特許文献１）では、圧送機構が設けられているため、構成が煩雑になる上に、コストがかかるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、簡易な構成で、安定した状態で中間タンクから記録ヘッドに対して高粘度のインクが供給され、良好な画像を記録することができるインクジェットプリンタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明によるインクジェットプリンタは、記録媒体にインクを吐出するノズルが設けられた記録ヘッドを有し、前記記録ヘッドよりも下方位置にインクを一時的に貯留する中間タンクを設け、前記中間タンクと前記記録ヘッドとの間に、前記インクを流通させるインク供給管を配設し、前記インク供給管の長さＬ及び径ｄは、前記インクの粘度がμ、前記インクを安定して吐出可能な圧力損失がｈである場合に、（２．８２３×１０9×ｄ4）／Ｌ＞μ／ｈとなるように構成することを特徴とする。
【０００７】
本発明のインクジェットプリンタによれば、インクの粘度μ及びインクを安定して吐出可能な圧力損失ｈとの関係において、インク供給管の長さＬ及び径ｄが設定されているため、一定のインク供給管を流れるインクの流速のもとでは、記録ヘッドに対して常に適量のインクが供給される。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明によるインクジェットプリンタは、記録媒体にインクを吐出するノズルが設けられた記録ヘッドを有し、前記記録ヘッドよりも下方位置にインクを一時的に貯留する中間タンクを設け、前記中間タンクと前記記録ヘッドとの間に、前記インクを流通させるインク供給管を配設したインクジェットプリンタにおいて、前記インク供給管の長さＬ及び径ｄは、前記インクの粘度がμである場合に、（１．４１１×１０9×ｄ4）／Ｌ＞μとなるように構成することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、インクの粘度μとの関係においてインク供給管の長さＬ及び径ｄが設定されているため、一定のインク供給管を流れるインクの流速のもとでは、インクがインク供給管を流通する際の圧力損失が抑えられ、記録ヘッドに対して常に適量のインクが供給される。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のインクジェットプリンタにおいて、前記インクは、３０℃における粘度が１０ｍＰａ・ｓ以上５００ｍＰａ・ｓ以下であり、前記記録ヘッドに、インクを加熱するヒータと、このヒータの温度を制御する制御部とを設け、前記制御部は、前記インクを３０℃以上１５０℃以下に加熱するように前記ヒータを制御することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、インクが３０℃以上１５０℃以下に加熱されるため、高粘度のインクが所定の速度で円滑に記録ヘッドから吐出され、これに伴って、記録ヘッドに対して常に適量のインクが供給される。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のインクジェットプリンタにおいて、前記インクを紫外線硬化型インクとするとともに、前記紫外線硬化型インクを硬化させる紫外線を照射する紫外線照射装置を設けたことを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明によれば、記録ヘッドに対して常に適量の紫外線硬化型インクが供給され、記録ヘッドから吐出される。吐出された紫外線硬化型インクは、紫外線が照射されることにより硬化する。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のインクジェットプリンタにおいて、前記紫外線硬化型インクは、カチオン重合型インクであることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、記録ヘッドに対して常に適量のカチオン重合型インクが供給され、記録ヘッドから吐出される。カチオン重合型インクは酸素阻害作用をうけることがないため、低照度の紫外線で良好に硬化する。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明は、請求項４又は請求項５に記載のインクジェットプリンタにおいて、前記記録媒体は、樹脂製フィルムや金属等のインクを吸収しない材質であることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、記録ヘッドに対して常に適量の紫外線硬化型インクが供給され、記録ヘッドから記録媒体に対して吐出される。この記録媒体が、インクを吸収しない材質であっても、吐出されたインクに紫外線を照射して硬化させることにより、画像が記録される。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に記載の発明によれば、インクの粘度μ及びインクを安定して吐出可能な圧力損失ｈとの関係でインク供給管の長さＬ及び径ｄが構成させているため、圧送機構を設けなくても、記録ヘッドに対して常に適量のインクが供給され、その結果、全てのノズルから連続してインクを吐出させるような場合であっても、インクの吐出不良が生じることがなく、簡易な構成で、良好な画像を記録することができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明によれば、インクの粘度μとの関係でインク供給管の長さＬ及び径ｄが構成させているため、圧送機構を設けなくても、記録ヘッドに対して常に適量のインクが供給され、その結果、全てのノズルから連続してインクを吐出させるような場合であっても、インクの吐出不良が生じることがなく、簡易な構成で、良好な画像を記録することができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、インクが３０℃以上１５０℃以下に加熱されているため、高粘度のインクが所定の速度で円滑に記録ヘッドから吐出され、これに伴って、記録ヘッドに対して常に適量のインクが供給されるため、インクの吐出不良が生じることがなく、簡易な構成で、良好な画像を記録することができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、記録ヘッドに対して常に適量の紫外線硬化型インクが供給されるため、インクの吐出不良が生じることがなく、簡易な構成で、良好な画像を記録することができる。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、カチオン重合型インクは、低照度の紫外線で良好に硬化するため、より安価に、簡易な構成で、吐出不良のない良好な画像を記録することができる。
【００２３】
請求項６に記載の発明によれば、インクを吸収しない記録媒体に対しても、簡易な構成で、吐出不良のない良好な画像を記録することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図１から図４を参照して説明する。
【００２５】
本実施形態によるインクジェットプリンタ１は、シリアルヘッド方式のインクジェットプリンタ１である。インクジェットプリンタ１は、図１に示すように、棒状のガイドレール２を有しており、このガイドレール２には、キャリッジ３が支持されている。このキャリッジ３は、図示しない駆動機構によって主走査方向Ｘをガイドレール２に沿って往復移動するようになっている。
【００２６】
キャリッジ３には、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のインクを吐出するノズル２０（図２参照）が設けられた記録ヘッド４が搭載されている。また、キャリッジ３の主走査方向Ｘにおける両側部には、ノズル２０から記録媒体５に吐出されたインクに対して紫外線を照射する紫外線照射装置６が設けられている。
【００２７】
なお、本実施の形態で使用するインクは、紫外線を照射することにより硬化する紫外線硬化型のインクである。紫外線硬化型のインクは、重合性化合物として、ラジカル重合性化合物を含むラジカル重合系インクとカチオン重合性化合物を含むカチオン重合系インクとに大別されるが、その両系のインクが本実施形態に用いられるインクとしてそれぞれ適用可能であり、ラジカル重合系インクとカチオン重合系インクとを複合させたハイブリッド型インクを本実施形態に用いられるインクとして適用してもよい。しかしながら、酸素による重合反応の阻害作用が少ない又は無いカチオン重合系インクのほうが機能性、汎用性に優れるため、特に、カチオン重合系インクを用いることが好ましい。また、インクは、３０℃における粘度が１０〜５００ｍＰａ・ｓであることが好ましい。
【００２８】
キャリッジ３の移動可能範囲の中央部分は、記録媒体５に記録を行う記録領域Ａとされており、この記録領域Ａには、記録媒体５を非記録面から支持するプラテン７が設けられている。このプラテン７は、平板状の部材で構成されている。キャリッジ３の移動可能範囲であって記録領域Ａの外側一端は、キャリッジ３の待機場所となるホームポジション領域Ｂとされており、ホームポジション領域Ｂには、待機時にノズル２０内のインクの乾燥を防止する保湿ユニット８が設けられている。また、キャリッジ３の移動可能範囲であって記録領域Ａの外側他端は、記録ヘッド４をクリーニングするクリーニング領域Ｃとされており、このクリーニング領域Ｃには、ノズル２０内のインクを吸引するとともに記録ヘッド４のノズル２０が形成されている面に付着しているインクを拭き取るメンテナンスユニット９が設けられている。
【００２９】
また、インクジェットプリンタ１には、主走査方向Ｘと直交する副走査方向Ｙに記録媒体５を送るための搬送機構（図示しない）が設けられている。搬送機構は、画像記録時において、キャリッジ３の動作に合わせて、記録媒体５の搬送と停止とを繰り返して記録媒体５を間欠的に搬送する。
【００３０】
記録ヘッド４は、図２に示すように、基板１０を有しており、この基板１０の一側には圧電素子１１が設けられている。圧電素子１１には、リード線１２及び電極１３を介して、圧電素子駆動回路１４が接続されている。圧電素子１１と対向する位置には流路板１５が設けられており、これら圧電素子１１と流路板１５とによってインク流路１６が形成されている。圧電素子１１は、圧電素子駆動回路１４によりパルス状信号電圧が印加されると膨張するようになっており、これにより、インク流路１６が圧縮されるようになっている。流路板１５の上面には、伝熱部材１７を介してヒータ１８が設けられており、このヒータ１８にはヒータ電源１９が接続されている。インク流路１６の一端は、ノズル２０に連通しており、他端は複数のインク流路１６に共通の液室２１に連通している。
【００３１】
図３に示すように、キャリッジ３の背面側であって、記録ヘッド４よりも下方位置には、インクを一時的に貯留する中間タンク２２が設けられており、この中間タンク２２は、インク供給管２３及びダンパー２４を介して液室２１に連通されている。
【００３２】
また、キャリッジ３の背面側であって、記録ヘッド４よりも上方位置には、中間タンク２２にインクを供給する２５が設けられており、このインク供給部２５と中間タンク２２とは、インク供給管２９を介して連通されている。
【００３３】
インク供給管２３の長さＬ及び径ｄは、使用するインクの粘度がμである場合に、
【００３４】
（１．４１１×１０9×ｄ4）／Ｌ＞μ                      （１）
となるように設定されている。インク供給管２３の長さは、キャリッジ３の移動距離やインク供給部２５と中間タンク２２との距離等の機構上の制約をより受けやすいため、インク供給管２３の径を調整することにより、式（１）を満たすようにすることが好ましい。
【００３５】
例えば、インクジェットプリンタ１の機構上、インク供給管２３の長さが２ｍ必要であり、使用するインクの粘度が０．０３Ｐａ・ｓである場合は、インク供給管２３の径は、２．５５ｍｍ以上とする必要がある。
【００３６】
以下、式（１）について説明する。圧力損失の一般式をインク及びインク供給管に適用すると、圧力損失ｈ0は、
ｈ0＝１２８×Ｌ×Ｐ×ｃｈ×Ａ×μ
／（π×ｄ4×ｇ×ρ）                                （２）
となる。ただし、
Ｐ：インク液滴量（ｍ3）
ｃｈ：ノズル数
Ａ：パルス状信号電圧の周波数
ｇ：重力加速度
ρ：インク密度
【００３７】
インク供給管２３内の圧力損失ｈ0が大きくなると、インクの供給が追いつかなくなり、インクの吐出不良が生じ、画像の濃度ムラの原因となるため、圧力損失ｈ0は、インクの粘度μ及びノズルから吐出させる１滴のインク液滴量との関係において所定値ｈよりも低く抑える必要がある。これより、
ｈ＞１２８×Ｌ×Ｐ×ｃｈ×Ａ×μ
／（π×ｄ4×ｇ×ρ）                                  （３）
を得る。Ｐ×ｃｈ×Ａは記録ヘッド４から１秒間に吐出されるインクの量を表しており、この記録ヘッド４から１秒間に吐出されるインクの量が最大となるときにおいても、圧力損失ｈ0が所定値ｈよりも小さくなるように設定する必要がある。
【００３８】
そこで、高粘度のインクを用いて、１秒間のインク吐出量が最大となる場合について考える。高精細な画像を得るためには、例えば、１滴の液滴量が４ｐｌという小液滴量のインク液滴を７発打つことにより１ドットを形成させることが好ましい。この場合、１ドット当たりの所要インク液滴量は２８ｐｌすなわち２．８×１０-14ｍ3となる。そして、記録ヘッド４に形成されたノズル２０の数を７６８個、各ノズル２０からインクを吐出させるために印加するパルス状信号電圧の周波数を４ｋＨｚとすると、記録ヘッド４から１秒間に吐出されるインクの量は、８６．０×１０-9ｍ3となる。また、例えば、１滴の液滴量が４０ｐｌのインク液滴を１画素につき２発打てるようにし、記録ヘッド４に形成されたノズル２０の数を７６８個、各ノズル２０からインクを吐出させるために印加するパルス状信号電圧の周波数を１４ｋＨｚとすると、記録ヘッド４から１秒間に吐出されるインクの量は、８６．０×１０-9ｍ3となる。
【００３９】
インク密度を１０１０として、上記条件を式（３）に代入すると、
（２．８２３×１０9×ｄ4）／Ｌ＞μ／ｈ                      （４）
を得る。
【００４０】
ここで、仮に、８０ｍＰａ・Ｓの粘度μを有するインクが適用されることを想定すると、圧力損失ｈが０．５以上である場合には、小液滴量のインクを吐出することができなくなる。そこで、ｈ＝０．５（ｍＨ2Ｏ）とした場合における、粘度μとインク供給管２３の長さＬ及び径ｄとの関係を求めると、上記式（１）を得る。
【００４１】
また、インクジェットプリンタ１には、図４に示すように、圧電素子駆動回路１４、ヒータ電源１９、キャリッジ駆動回路２６、搬送機構駆動回路２７、及び紫外線照射装置電源２８を制御する制御部２９が設けられている。
【００４２】
制御部２９は、所定の画像信号に基づいて所要の圧電素子１１に電圧を印加させるように圧電素子駆動回路１４を制御するようになっている。
【００４３】
また、制御部２９は、ヒータ電源１９を投入又は切断することにより、ヒータ１８の温度を制御するようになっている。なお、インクを吐出させる際には、記録ヘッド４及びインクが３０℃〜１５０℃となるように、ヒータ１８を加熱することが、インクの吐出安定性の点で好ましい。また、紫外線硬化インクは、温度変動による粘度変動幅が大きく、粘度変動はそのまま液滴サイズ、液滴射出速度に大きく影響を与えるため、インク温度を上げながらその温度を一定に保つように、ヒータ電源１９を制御することが必要である。
【００４４】
また、上記圧電素子駆動回路１４及びヒータ電源１９の制御は、インクの性質を考慮して、ノズル２０から吐出される１ドットのインク液滴量が２〜２０ｐｌとなるように行われる。
【００４５】
また、制御部２９は、キャリッジ駆動回路２６を制御するようになっており、このキャリッジ駆動回路２６は、制御部２９からの信号に基づいてキャリッジ３の駆動機構を動作させてキャリッジ３を主走査方向Ｘに往復移動させる。
【００４６】
また、制御部２９は、搬送機構駆動回路２７を制御するようになっており、この搬送機構駆動回路２７は、制御部２９からの信号に基づいて搬送機構を動作させて記録媒体５を副走査方向Ｙに搬送させる。
【００４７】
さらに、制御部２９は、紫外線照射装置電源２８を投入又は切断することにより紫外線光源の発光を制御するようになっている。
【００４８】
なお、記録媒体５としては、普通紙、再生紙、光沢紙等の各種紙、各種布地、各種不織布、樹脂、金属、ガラス等の材質からなる記録媒体５が適用可能である。特に、本実施形態で用いられる記録媒体５としては、所謂軟包装に用いられる透明又は不透明な非吸収性の樹脂製フィルムを適用することができる。記録媒体５の形態としては、ロール状、カットシート状、板状等が適用可能である。
【００４９】
次に、本実施形態の作用について説明する。
【００５０】
所定の画像信号に基づいて制御部２９により圧電素子駆動回路１４が制御され、選択された所定の圧電素子１１にリード線１２及び電極１３を介して電圧が印加される。圧電素子１１に電圧が印加されると、圧電素子１１は上方へ膨張し、これにより、インク流路１６が圧縮されてインクがノズル２０より吐出される。このとき、制御部２９によりヒータ電源１９が制御されることによって、インクは伝熱部材１７及び流路板１５を介してヒータ１８により所定の温度に加熱されている。これにより、ノズル２０からは、１ドットの液滴量が２〜２０ｐｌとなるインクが吐出される。
【００５１】
このとき、インク供給管２３の圧力損失は０．５以下であるため、記録ヘッド４から吐出されるインクの量と同量のインクが、中間タンク２２からインク供給管２３を介して、記録ヘッド４に対して供給される。したがって、インク供給部２５から記録ヘッド４に対して、常に適量のインクが供給されることになる。
【００５２】
また、インクが記録ヘッド４から吐出される際には、制御部２９によりキャリッジ駆動回路２６が制御されることによって、キャリッジ３の駆動機構が作動してキャリッジ３が記録媒体５の上方を主走査方向Ｘに往復移動しており、吐出されたインクが順次記録媒体５に着弾する。一方、制御部２９により、キャリッジ３に設けられた紫外線照射装置６の電源が制御されることによって、紫外線照射装置６が紫外線を発生させながら、記録媒体５の上方を主走査方向Ｘに往復移動する。これにより、記録媒体５に着弾したインクに紫外線が照射され、インクが硬化する。
【００５３】
そして、制御部２９により搬送機構駆動回路２７が制御されることによって、搬送機構が作動して記録媒体５が副走査方向Ｙに搬送され、画像が記録媒体５に記録される。
【００５４】
以上より、本発明の実施の形態によれば、式（１）によりインク供給管２３の長さＬ及び径ｄが構成されているので、圧送機構を設けなくても、記録ヘッド４に対して常に適量のインクが供給され、その結果、全てのノズル２０から連続してインクを吐出させるような場合であっても、インクの吐出不良が生じることがなく、簡易な構成で、良好な画像を記録することができる。
【００５５】
なお、本実施形態では、紫外線の被照射により硬化するインクを用いたが、必ずしもこれには限定されず、紫外線以外の光の被照射により硬化するものであってもよい。ここでいう「光」とは、広義の光であって、紫外線、電子線、Ｘ線、可視光線、赤外線等の電磁波を含むものである。すなわち、インクには、紫外線以外の光で重合して硬化する重合性化合物と、紫外線以外の光で重合性化合物同士の重合反応を開始させる光開始剤とが適用されてもよい。紫外線以外の光で硬化する光硬化型のインクを用いる場合は、紫外線光源に代えて、その光を照射する光源を適用する。さらに、光を照射しなくても硬化するインクを適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明によるインクジェットプリンタの一実施形態の構成を示す図である。
【図２】本発明によるインクジェットプリンタの記録ヘッドの構成を示す図である。
【図３】本発明によるインクジェットプリンタの一実施形態の構成を示す図である。
【図４】本発明によるインクジェットプリンタの一実施形態の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５７】
１    インクジェットプリンタ
３    キャリッジ
４    記録ヘッド
５    記録媒体
６    紫外線照射装置
２２  中間タンク
２３  インク供給管
２４  制御部
２５  インク供給部
【図１】
2004249715.tif 000003
【図２】
2004249715.tif 000004
【図３】
2004249715.tif 000005
【図４】
2004249715.tif 000006