JP5084609B2

JP5084609B2 - ヘッドユニットおよび印刷装置

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Publication number: JP5084609B2
Application number: JP2008137483A
Authority: JP
Inventors: 基之阿武; 和孝田坂; ボザーロジンドラ
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2028-05-27
Also published as: JP2009285838A; US8240832B2; US20090295889A1

Description

本発明は、インクを貯溜する貯溜タンクからインクが供給されるとともに、内部のインクが貯溜タンクへと戻されるヘッドユニット、および、当該ヘッドユニットを有する印刷装置に関する。

従来より、インクの微小な液滴を吐出する複数の吐出口が配列されたヘッドを印刷媒体に沿って走査することにより、印刷媒体に印刷を行うインクジェット方式の印刷装置が用いられている。また、インクを貯溜するインクタンクとヘッドとの間にてインクを循環させつつ印刷を行う印刷装置も知られており、例えば特許文献１の装置では、インクを貯溜するインクボトルから複数のインクジェットモジュールが配列された印刷ヘッドにポンプにてインクを送りつつ、別の戻りラインを介して印刷ヘッドからインクボトルにインクを戻してインクの循環が行われる。特許文献２の装置では、プリントヘッドの下方に位置するとともに大気に開放される下方容器から、プリントヘッドの上方に位置するとともに大気に開放される上方容器にポンプにてインクを供給し、上方容器からプリントヘッドを介して下方容器へとインクを戻すことによりインクの循環が行われる。

インクの循環が行われる印刷装置では、仮にヘッド内にてインク中に気泡が発生した場合でも（例えば、ピエゾ駆動方式のヘッドでは、ピエゾの高速駆動による振動によりインク中に気泡が発生する場合がある。）、気泡をインクと共にインクタンクへと戻すことが可能となり、気泡がヘッドの吐出口まで移動して吐出口からインクが一時的に吐出されない状態が生じる（いわゆる、ノズル欠けが生じる）ことが抑制される。また、白色のインクを用いる場合によく見られる顔料の沈降等もインクの循環により改善することが可能となる。
特表２０００−５０７５２２号公報特表２００２−５３３２４７号公報

ところで、インクの循環が行われる印刷装置において複数のヘッドが設けられる場合に、複数のヘッドにおいて吐出口におけるインクの圧力が相違すると、吐出口に対する印刷媒体上のインクの着弾位置（すなわち、インクの微小液滴の吐出時の吐出口の位置に対する印刷媒体上の微小液滴の相対的な着弾位置）等がばらついてしまう。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、吐出口に対するインクの着弾位置等の複数のヘッド間でのばらつき（相違）を抑制することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、インクジェット方式の印刷装置において、インクを貯溜する貯溜タンクからインクが供給されるとともに、内部のインクが前記貯溜タンクへと戻されるヘッドユニットであって、それぞれが所定の配列方向に配列される複数の吐出口を有し、前記複数の吐出口からインクの微小液滴を吐出する複数のヘッドと、前記複数のヘッドの上方にてインクを貯溜する供給タンクと、前記供給タンクから前記複数のヘッドへとインクを導入するインク導入部と、前記複数のヘッドからのインクが流入する内部空間を有する回収部と、前記複数のヘッドと前記回収部とを接続するインク導出部とを備え、前記インク導入部において、前記供給タンクから前記複数のヘッドへと至る複数の流路が同一形状であり、前記複数の流路が、前記供給タンクから同じ長さかつ同じ流路径にて真下に真っ直ぐに伸びて前記複数のヘッドにそれぞれ接続される複数のインク導入管により形成され、前記インク導出部において、前記複数のヘッドから前記回収部へと至る複数の流路が同一形状であり、前記複数の流路が、前記回収部から同じ長さかつ同じ流路径にて真下に真っ直ぐに伸びて前記複数のヘッドにそれぞれ接続される複数のインク導出管により形成され、前記回収部が、前記複数のヘッドと前記供給タンクとの間に位置するとともに前記複数のインク導入管との干渉を避けた形状を有し、または、前記供給タンクが、前記複数のヘッドと前記回収部との間に位置するとともに前記複数のインク導出管との干渉を避けた形状を有する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のヘッドユニットであって、前記回収部の上方に前記供給タンクが位置する。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のヘッドユニットであって、前記複数のヘッドが前記配列方向に千鳥状に配列される。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のヘッドユニットであって、前記配列方向に長く、上下方向に平行な薄板部の両主面に前記複数のヘッドが前記配列方向に沿って交互に固定される固定部材をさらに備え、前記固定部材が、前記供給タンクおよび前記回収部のうち下方に設けられる部材に取り付けられる。

請求項５に記載の発明は、インクジェット方式の印刷装置であって、請求項１ないし４のいずれかに記載のヘッドユニットと、インクを貯溜する貯溜タンクから前記ヘッドユニットの前記供給タンクへとインクを供給するとともに、前記回収部の前記内部空間から前記貯溜タンクへとインクを戻すインク循環機構とを備える。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の印刷装置であって、前記インク循環機構が、前記貯溜タンクから前記ヘッドユニットへのインクの供給ラインに設けられ、前記貯溜タンク内のインクを前記供給タンクに供給するポンプと、前記貯溜タンク内を減圧することにより、前記供給タンクから前記複数のヘッドのそれぞれを経由して前記貯溜タンクに至る流路をインクにて満たした状態で前記流路を介して前記供給タンクから前記貯溜タンクへとインクを戻す減圧機構とを備える。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の印刷装置であって、前記ヘッドユニットの前記供給タンク内を減圧するもう１つの減圧機構をさらに備え、前記もう１つの減圧機構により前記供給タンク内が減圧された状態において前記複数の吐出口内にインクのメニスカスが形成される。

本発明によれば、供給タンクから複数のヘッドへと至る複数の流路の抵抗を等しくするとともに、複数のヘッドから回収部へと至る複数の流路の抵抗も等しくして、複数のヘッドにおいてインクの流量、および、吐出口におけるインクの圧力を等しくすることができ、その結果、吐出口に対するインクの着弾位置等の複数のヘッド間でのばらつき（相違）を抑制することができる。

また、供給タンクと複数のヘッドとの間における流路抵抗を低減することができ、複数のヘッドと回収部との間における流路抵抗も低減することができる。請求項４の発明では、配列方向および上下方向に垂直な方向に関してヘッド間の間隔が過度に大きくなることを防止しつつ、千鳥状に配置される複数のヘッドを強固に支持することができる。

また、請求項５の発明では、吐出口に対するインクの着弾位置等の複数のヘッド間でのばらつきを抑制して、画像を精度よく印刷することができ、請求項６の発明では、貯溜タンクの負圧を利用して、貯溜タンク内のインクを脱気しつつインクを適切に循環させることができ、請求項７の発明では、吐出口におけるインクの圧力を負圧にして吐出口からのインクの漏れを防止することができる。

図１は印刷装置１の外観を示す斜視図である。印刷装置１は、例えばフィルム等の撥液性を有するシート状の基材９上にインクジェット方式にてカラー印刷を行うものである。

図１の印刷装置１は本体１１および制御部４を備え、本体１１はシート状の基材９を図１中のＹ方向（以下、「走査方向」ともいう。）に移動する搬送部２７、および、搬送部２７による移動途上の基材９に向けてインクの微小液滴を吐出する吐出部３を備える。搬送部２７では、それぞれが図１中のＸ方向に長い複数のローラ２７１がＹ方向に配列されており、複数のローラ２７１の（＋Ｙ）側にはロール状の基材９（供給ロール）を保持する供給部２７２が設けられ、複数のローラ２７１の（−Ｙ）側にはロール状の基材９（巻取ロール）を保持する巻取部２７３が設けられる。以下の説明では、単に基材９という場合は搬送途上の部位（すなわち、複数のローラ２７１上の基材９の部位）を指すものとする。

搬送部２７の１つのローラ２７１ａには基材９の走査方向の移動速度を検出するエンコーダ２９が設けられ、制御部４がエンコーダ２９の出力に基づいて巻取部２７３のモータの回転を制御することにより、基材９が（−Ｙ）方向に一定速度にて移動する。実際には、供給部２７２が有するモータにて基材９に対して移動方向とは逆向き（すなわち、（＋Ｙ）方向）の負荷（テンション）を付与することにより、複数のローラ２７１上の基材９が波打つことなく滑らかに移動する。

複数のローラ２７１の上方（図１中の（＋Ｚ）側）には吐出部３が配置され、吐出部３は複数のローラ２７１を跨ぐようにして基台２０に設けられるフレーム２５に固定される。フレーム２５上には紫外線を出射する光源３９が設けられ、複数の光ファイバ（実際には、複数の光ファイバは束状となっており、図１では符号３９１を付して１本の太線にて示している。）を介して光源３９からの光が吐出部３の内部へと導入される。

図２は吐出部３の底面図である。図２に示すように、吐出部３はそれぞれが互いに異なる色のインクを吐出する複数の（図２では、４個の）ヘッドユニット３３を備え、複数のヘッドユニット３３はＹ方向に配列されて吐出部３の本体３０に固定される。図２中の最も（＋Ｙ）側のヘッドユニット３３はＫ（ブラック）の色のインクを吐出し、Ｋのヘッドユニット３３の（−Ｙ）側のヘッドユニット３３はＣ（シアン）の色のインクを吐出し、Ｃのヘッドユニット３３の（−Ｙ）側のヘッドユニット３３はＭ（マゼンタ）の色のインクを吐出し、最も（−Ｙ）側のヘッドユニット３３はＹ（イエロー）の色のインクを吐出する。各色のインクは紫外線硬化剤を含んでおり、紫外線硬化性を有している。なお、吐出部３に、ライトシアン、ライトマゼンタ、ホワイト等の他の色用のヘッドユニットがさらに設けられてもよい。

各ヘッドユニット３３では、例えばピエゾ駆動方式の複数のヘッド３２が図２中のＸ方向（Ｙ方向およびＺ方向に垂直な方向であり、以下、「幅方向」という。）に千鳥状に配列されており、各ヘッド３２の下面（（−Ｚ）側の面）には複数の吐出口（一部のヘッド３２においてのみ符号３２１を付す点にて示す。）が幅方向に配列形成される。これにより、ヘッドユニット３３の全体では、配列方向である幅方向に多数の吐出口３２１が一定のピッチにて配列され、基材９上において走査方向の各位置にて、幅方向に一列に並ぶ複数のドットの形成が可能とされる。実際には、各ヘッドユニット３３の複数の吐出口３２１は幅方向に関して基材９上の印刷領域の全体に亘って（ここでは、基材９の幅方向の幅のほぼ全体に亘って）設けられており、基材９が吐出部３の下方を一回通過するのみで基材９への画像の印刷が完了する（いわゆる、ワンパス印刷）。

また、図２の吐出部３には、光源３９に接続される光照射部３８が複数のヘッドユニット３３の（−Ｙ）側に設けられる。光照射部３８では、複数の光ファイバがＸ方向に沿って配列されており、基材９上においてＸ方向に伸びる線状の領域に光照射部３８により紫外線が照射される。

印刷装置１では、各ヘッドユニット３３がインク循環機構５（後述の図３参照）に接続されており、インク循環機構５によりインクがヘッドユニット３３に供給されるとともに、ヘッドユニット３３からインクが回収される。以下の説明では、複数の色のうちの一の色のヘッドユニット３３およびインク循環機構５に着目するが、他の色のものも同様の構成となっている。

図３はヘッドユニット３３およびインク循環機構５の構成を示す図である。なお、図３では３個のヘッド３２を図示しているが、実際のヘッドユニット３３には図２のように多数のヘッド３２が設けられる。

図３に示すように、ヘッドユニット３３は、複数のヘッド３２の上方近傍にてインクを貯溜する供給タンク３４、供給タンク３４から複数のヘッド３２へとインクをそれぞれ導入するインク導入部である複数のインク導入管３５１、複数のヘッド３２の上方にて供給タンク３４と２段構造にて設けられ、複数のヘッド３２からのインクが流入する内部空間を有する回収部３６、並びに、複数のヘッド３２と回収部３６とをそれぞれ接続するとともに複数のヘッド３２内のインクを回収部３６へと導くインク導出部である複数のインク導出管３５２を備える。なお、ヘッドユニット３３の詳細な構造については後述する。

インク循環機構５は、インクを貯溜する貯溜タンク５１を備え、貯溜タンク５１は供給ライン５２を介してヘッドユニット３３の供給タンク３４に接続されるとともに、回収ライン５３、並びに、ヘッドユニット３３の回収部３６および複数のインク導出管３５２を介して複数のヘッド３２に接続される。供給ライン５２にはポンプ５４およびフィルタ５２１が設けられ、フィルタ５２１にてインク内の不要物を除去しつつポンプ５４により貯溜タンク５１内のインクが供給タンク３４に供給され、供給タンク３４にてインクが貯溜される。貯溜タンク５１の内部空間の水平な面における断面積は鉛直方向にほぼ一定となっており（供給タンク３４において同様）、当該断面積は供給タンク３４よりも大きくされる。

また、貯溜タンク５１にはポンプ、圧力調整バルブ、圧力計等を有する主減圧機構５５が接続されており、主減圧機構５５により貯溜タンク５１内（の気体）が大気圧より数百ミリバール（ｍｂａｒ）（例えば、５００ｍｂａｒ（すなわち、５×１０^４パスカル（Ｐａ）））だけ低い圧力とされることにより、供給タンク３４から複数のインク導入管３５１、複数のヘッド３２、複数のインク導出管３５２、回収部３６および回収ライン５３を経由して貯溜タンク５１に至る流路をインクにて満たした状態で、当該流路を介して供給タンク３４から貯溜タンク５１へとインクが戻される。

回収ライン５３には流量制限部である流量調整バルブ５３１が設けられており、流量調整バルブ５３１の内部の流路である開口の面積に応じて、供給タンク３４から貯溜タンク５１へのインクの流量が制限される。本実施の形態における通常動作では、流量調整バルブ５３１内の流路の開口面積は変更されないため、供給タンク３４から貯溜タンク５１へのインクの流量は貯溜タンク５１内の圧力（正確には、供給タンク３４と貯溜タンク５１との圧力差）に主に依存することになる。インク循環機構５では、主減圧機構５５により貯溜タンク５１内の圧力がほぼ一定に制御されるため、ヘッド３２におけるインクの流量が時間的にほぼ一定となる。なお、印刷装置１の設計によっては、流量調整バルブ５３１と同じ圧力損失を生じさせる細い管が、流量調整バルブ５３１に代えて流量制限部として設けられてもよい。

実際には、インクの流量は、供給タンク３４内のインクの液面の位置にも依存するが、本実施の形態にて用いられるインクの比重はほぼ１とされるとともに、印刷装置１ではインクの液面の位置の変動が±数ミリメートル（ｍｍ）の範囲内に調整されることにより、インクの液面の位置の変動は±１ｍｂａｒ未満の圧力変動に相当するのみとなる。したがって、供給タンク３４内のインクの液面の位置の変動がインクの流量に及ぼす影響は、貯溜タンク５１内の圧力変動に比べて極僅かであり、無視できる程度となる。

供給タンク３４および貯溜タンク５１のそれぞれには、インクの液面の位置（すなわち、インクレベル）を検出するインクレベルセンサ３４１，５１１が設けられる。供給タンク３４および貯溜タンク５１のそれぞれでは、所定の設定液面レベル（図３中にて符号Ｌ１，Ｌ２を付す破線にて示す。後述の図４および図５において同様。）を中央として上限である補充停止レベル、および、下限である補充開始レベルが設定されている。供給タンク３４では、インクの液面の位置が補充開始レベル以下となると、ポンプ５４により貯溜タンク５１からインクが補充（供給）され、貯溜タンク５１では、インクの液面の位置が補充開始レベル以下となると、図示省略のメインインクタンクからインクが補充される。

また、貯溜タンク５１にはヒータ５１２および温度センサ（図示省略）が設けられ、インクを所定の温度（例えば４５℃）に加熱してインクの粘度が常温よりも低くされる。実際には、ヘッド３２にはドライバ回路が設けられており、温度が調整されたインクがヘッド３２を通過することにより、ドライバ回路の冷却も行われる。これにより、印刷装置１では、別途冷却機構を設ける場合に比べて、印刷装置の製造コストが削減される。

供給タンク３４にはポンプ、圧力調整バルブ、圧力計等を有する補助減圧機構３７が接続されており、補助減圧機構３７により供給タンク３４内（の気体）が大気圧より数ｍｂａｒだけ低い圧力とされる（すなわち、供給タンク３４内が僅かに負圧にされる）。例えば、ヘッド３２の各吐出口におけるインクの圧力を大気圧よりもαｍｂａｒだけ低くして、吐出口内にインクのメニスカスを形成する場合に、供給タンク３４におけるインクの設定液面レベルＬ１と吐出口との鉛直方向の高さの差（図３中にて符号Ｄ１を付す矢印にて示す。）がβセンチメートル（ｃｍ）であるときには、印刷装置１にて用いられるインクの比重がほぼ１であるため、供給タンク３４内の圧力が大気圧より（β＋α）ｍｂａｒだけ低くなるように、供給タンク３４内が補助減圧機構３７により減圧される。

印刷装置１では、このように供給タンク３４内が減圧された状態において、各ヘッド３２の複数の吐出口におけるインクの圧力が負圧になり、吐出口内にインクのメニスカスが形成されて吐出口からのインクの漏れが防止される。なお、上記のように供給タンク３４内の圧力を大気圧より（β＋α）ｍｂａｒだけ低くする場合に、供給タンク３４におけるインクの設定液面レベルＬ１と貯溜タンク５１におけるインクの設定液面レベルＬ２との高さの差（図３中にて符号Ｄ２を付す矢印にて示す水頭差）を（β＋α）ｃｍとすることにより、仮に、主減圧機構５５の異常により貯溜タンク５１内が大気圧になったとしても、供給タンク３４と貯溜タンク５１との間のインクの移動を防止（または抑制）することが可能となる。もちろん、供給ライン５２および回収ライン５３のそれぞれにおいて異常時に流路を遮断する緊急遮断弁を設ける場合には、上記のような水頭差を設ける設計は必要とはならない。

以上のように、図３のインク循環機構５では、ポンプ５４を駆動することにより貯溜タンク５１内のインクが供給ライン５２を介してヘッドユニット３３の供給タンク３４に供給されるとともに、貯溜タンク５１内を負圧にすることにより回収ライン５３を介して供給タンク３４から貯溜タンク５１へとインクが戻される。これにより、貯溜タンク５１内の負圧を利用して、貯溜タンク５１内にてインクを効率よく脱気し、ヘッド３２内のインクに気泡が存在する場合に発生する吐出不良等、インクの吐出に不具合が生じることが防止される。また、貯溜タンク５１内がほぼ一定の圧力に保たれることにより、ヘッドユニット３３内を流れるインクの流量を（ほぼ）一定にしてインクの循環が適切に行われる。

図４は一の色のヘッドユニット３３の正面図であり、図５は（＋Ｘ）側から（−Ｘ）方向を向いて見た場合のヘッドユニット３３の側面図である。また、図６は図４中の矢印Ａ−Ａの位置におけるヘッドユニット３３の断面図であり、図６では複数のヘッド３２を二点鎖線にて図示している。なお、図４および図６では６個のヘッド３２を図示しているが、実際のヘッドユニット３３には図２のように多数のヘッド３２が設けられる。

図４および図５に示すように、ヘッドユニット３３は複数のヘッド３２を支持する固定部材であるセンターリブ３１を有する。センターリブ３１は、Ｘ方向に沿って見た場合の外形がＴ字状となっており（図５参照）、Ｘ方向およびＹ方向の幅が回収部３６および供給タンク３４とほぼ等しくされる上部３１１、並びに、Ｘ方向に長く、上下方向（Ｚ方向）に平行な薄板部３１２を有する。センターリブ３１の上部３１１は、供給タンク３４の下方に位置する回収部３６に固定され、薄板部３１２の両主面３１３には複数のヘッド３２がＸ方向に沿って交互に固定される。これにより、ヘッドユニット３３の走査方向（Ｙ方向）の幅が過度に大きくなることを防止しつつ、千鳥状に配列される複数のヘッド３２が強固に固定される。

ヘッドユニット３３では、既述のように供給タンク３４と回収部３６とが２段構造にて設けられ、回収部３６が複数のヘッド３２と供給タンク３４との間に位置する。図６に示すように回収部３６は、水平な断面における外形が図６中のＸ方向に沿って緩やかに蛇行した形状となる内部空間３６１を有する。内部空間３６１では、水平な断面における外形が鉛直方向にほぼ一定となっており、鉛直方向の高さは、例えば１０ｍｍとされる。また、内部空間３６１のＹ方向の幅の最小値は１２ｍｍとされ、Ｘ方向に垂直な面における最小断面積は１２０ｍｍ^２とされる。既述のように、図４の回収部３６の内部空間３６１内のインクは、インク循環機構５により回収ライン５３を介して貯溜タンク５１へと戻される。

図４に示すように、複数のインク導出管３５２は同じ長さかつ同じ流路径とされ、回収部３６の内部空間３６１の底面（図６参照）からセンターリブ３１の上部３１１を貫通して真下に真っ直ぐに伸びて複数のヘッド３２にそれぞれ接続される。インク導出管３５２は高い耐薬品性を有する材料にて形成され、本実施の形態では、直径が４ｍｍにて一定（流路に垂直な断面積が１２．５７ｍｍ^２にて一定）とされる。なお、高い耐薬品性を有する柔らかい材料は、通常高価となるが、ヘッドユニット３３では、真っ直ぐな管部材をそのままインク導出管３５２として用いることができるため、高い耐薬品性を有するとともに比較的硬い安価な材料（例えば、Black PTFE（ポリテトラフルオロエチレン））を用いることが可能となる。

図４に示す供給タンク３４は、既述のように減圧用の補助減圧機構３７に接続されるとともに、供給ライン５２を介して貯溜タンク５１に接続される。供給ライン５２においてヘッドユニット３３の近傍には脱泡機５２２が設けられており、脱泡機５２２を通過したインクが供給タンク３４にて貯溜される。

また、図４および図５に示すように、複数のインク導入管３５１は同じ長さかつ同じ流路径とされ、供給タンク３４の内部空間の底面から回収部３６およびセンターリブ３１の上部３１１を貫通して真下に真っ直ぐに伸びて複数のヘッド３２にそれぞれ接続される。実際には、図６に示すように、回収部３６の水平な断面において、内部空間３６１の領域と重ならない位置を複数のインク導入管３５１が通過しており、内部空間３６１が複数のインク導入管３５１との干渉を避けた形状となっている。インク導入管３５１もインク導出管３５２と同様の材料にて形成され、直径も同じサイズとなっている。

以上のように、ヘッドユニット３３では、インク導入部において供給タンク３４から複数のヘッド３２へと至る複数の流路が、抵抗が極めて低くなるストレート形状にて同一とされ、インク導出部において複数のヘッド３２から回収部３６へと至る複数の流路も、抵抗が極めて低くなるストレート形状にて同一とされる。また、回収部３６の内部空間３６１ではインクが流れる方向に垂直な断面がインク導出管３５２の断面に比べて十分に大きくされており、複数のインク導出管３５２の出口（内部空間３６１側の開口）から回収ライン５３の回収部３６側の開口までの流路抵抗の差は無視できる程度となる。したがって、ヘッドユニット３３では、供給タンク３４から複数のヘッド３２までの流路抵抗が等しく、複数のヘッド３２から回収ライン５３までの流路抵抗もほぼ等しいといえる。

図７は比較例の印刷装置９１の一部の構成を示す図である。図７の比較例の印刷装置９１では、長いインク導入管９４の一端が供給タンク９３に接続され、インク導入管９４の他端近傍には複数のヘッド９２にそれぞれ接続される複数の分岐管９４１が設けられる。また、貯溜タンク９５には、長いインク導出管９６の一端が接続されており、インク導出管９６の他端近傍には複数のヘッド９２にそれぞれ接続される複数の分岐管９６１が設けられる。このような比較例の印刷装置９１では、供給タンク９３から図７中の最も左側のヘッド９２ａへと至る流路の抵抗が最も小さくなり、供給タンク９３から図７中の最も右側のヘッド９２ｂへと至る流路の抵抗が最も大きくなる（ただし、これらの流路はインク導入管９４の一部を共有している。）。また、ヘッド９２ａから貯溜タンク９５へと至る流路の抵抗が最も大きくなり、ヘッド９２ｂから貯溜タンク９５へと至る流路の抵抗が最も小さくなる。その結果、複数のヘッド９２において吐出口におけるインクの圧力が相違してしまい、吐出口に対する基材９上のインクの着弾位置等の複数のヘッド９２間でのばらつき（相違）が顕著となってしまう。

これに対し、図４に示すヘッドユニット３３では、供給タンク３４から複数のヘッド３２へと至る複数の流路を形成する複数のインク導入管３５１を同一形状として当該複数の流路の抵抗が等しくされ、複数のヘッド３２から回収部３６へと至る複数の流路を形成する複数のインク導出管３５２を同一形状として当該複数の流路の抵抗が等しくされることにより、複数のヘッド３２においてインクの流量および吐出口におけるインクの圧力を等しくすることができる。その結果、吐出口に対するインクの着弾位置等の複数のヘッド３２間でのばらつき（すなわち、相違）を抑制して、画像を精度よく印刷することができる。

また、ヘッドユニット３３では、複数のインク導入管３５１が供給タンク３４から同じ長さかつ同じ流路径にて真下に真っ直ぐに伸びて複数のヘッド３２にそれぞれ接続されることにより、供給タンク３４と複数のヘッド３２との間における流路抵抗（および圧力損失）を極めて低くすることができる。

ところで、本実施の形態にて用いられるヘッド３２では吐出口におけるインクの圧力の変動（時間的な変動）が±１ｍｂａｒの範囲内であれば、吐出口に対する基材９上のインクの着弾位置等の変動はほとんど生じない。したがって、仮に、貯溜タンク５１内の圧力が変動し、ヘッド３２におけるインクの流量が予め設定された設定流量に対して±１０％の範囲にて変動する場合に、各ヘッド３２において吐出口に対するインクの着弾位置等の変動を抑制するには、インク導入管３５１における設定流量での圧力損失が１０ｍｂａｒ以下とされる必要がある。上述したように、ヘッドユニット３３では、供給タンク３４とヘッド３２との間のインク導入管３５１における流路抵抗がヘッド３２と貯溜タンク５１との間における流路抵抗に比べて十分に小さくされ、インク導入管３５１における設定流量での圧力損失が極めて小さくなる（１０ｍｂａｒ以下とされる）ことにより、吐出口におけるインクの圧力の変動を±１ｍｂａｒの範囲内として、吐出口に対するインクの着弾位置等の変動を抑制することができる。

ヘッドユニット３３では、複数のヘッド３２と供給タンク３４との間に位置する回収部３６の内部空間３６１が複数のインク導入管３５１との干渉を避けた形状を有するとともに、複数のインク導出管３５２が回収部３６から同じ長さかつ同じ流路径にて真下に真っ直ぐに伸びて複数のヘッド３２にそれぞれ接続されることにより、複数のヘッド３２と回収部３６との間における流路抵抗（および圧力損失）を極めて低くしつつ、ヘッドユニット３３の薄型化を図って、複数の色のヘッドユニット３３を走査方向に狭い間隔にて配列することが実現される。

ここで、仮に、搬送部２７（図１参照）による基材９の移動速度が僅かに変動する、あるいは、移動途上の基材９が僅かに波打つ場合等に、複数の色のヘッドユニット３３が走査方向に広い間隔にて配列されると、複数の色にて互いに対応するドットの描画位置が大きくずれてしまい、印刷画像の質が低下してしまう。これに対し、印刷装置１では、複数の色のヘッドユニット３３を走査方向に狭い間隔にて配列することができ、印刷画像の質の低下を抑制することができる。

また、ヘッドユニット３３では、複数のヘッド３２が、吐出口の配列方向に長く、上下方向に平行な薄板部３１２の両主面３１３に配列方向に沿って交互に固定されることにより、配列方向および上下方向に垂直な方向（すなわち、走査方向）に関してヘッド３２間の間隔が過度に大きくなることを防止しつつ、千鳥状に配置される複数のヘッド３２を強固に支持することができる。これにより、薄板部３１２の一方の主面に固定されるヘッド３２により基材９上に吐出されるインク（ドット）、および、他方の主面に固定されるヘッド３２により基材９上に吐出されるインクにおいて、基材９上への着弾後、後続の光照射部３８により光が照射されるまでの時間の差を小さくすることができ、印刷画像において当該時間の差に起因するムラが発生することを抑制することができる。

図８は関連技術に係るヘッドユニットを示す図である。図８のヘッドユニット３３ａでは、複数のヘッド３２の上方にて供給タンク３４および回収部３６が水平方向に隣接して配置される。

供給タンク３４には下方に伸びる１つのインク導入管３５１が接続されており、インク導入管３５１は供給タンク３４とは反対側にて２つの第１分岐管３５１１に分岐し、各第１分岐管３５１１がインク導入管３５１とは反対側にて２つの第２分岐管３５１２に分岐する。そして、４個の第２分岐管３５１２が４個のヘッド３２にそれぞれ接続されることにより、供給タンク３４から複数のヘッド３２へとインクを導入するインク導入部が構築される。ここで、２つの第１分岐管３５１１は、流路の全体の長さ、太さ、屈曲状態等が一致する同一形状とされ、４個の第２分岐管３５１２も同一形状とされる。なお、図８では、インク導入管３５１、第１分岐管３５１１および第２分岐管３５１２を太線にて示している。

図８のヘッドユニット３３ａでは、複数のヘッド３２から回収部３６へとインクを導出するインク導出部もインク導入部と同様の構成となっている。すなわち、回収部３６から下方に伸びる１つのインク導出管３５２が回収部３６とは反対側にて２つの第１分岐管３５２１に分岐し、各第１分岐管３５２１がインク導出管３５２とは反対側にて２つの第２分岐管３５２２に分岐し、複数の第２分岐管３５２２が複数のヘッド３２にそれぞれ接続されることにより、複数のヘッド３２から回収部３６へとインクが導出される。２つの第１分岐管３５２１は同一形状とされ、４個の第２分岐管３５２２も同一形状とされる。

上記構造により、図８のヘッドユニット３３ａでは、供給タンク３４から複数のヘッド３２へと至る複数の流路（ただし、インク導入管３５１は全ての流路で共有され、第１分岐管３５１１は２つの流路で共有される。インク導出部において同様。）の抵抗を等しくするとともに、複数のヘッド３２から回収部３６へと至る複数の流路の抵抗も等しくして、複数のヘッド３２においてインクの流量、および、吐出口におけるインクの圧力をおよそ等しくすることができ、その結果、吐出口に対するインクの着弾位置等の複数のヘッド３２間でのばらつきを抑制することができる。

以上のように、ヘッドユニット３３，３３ａの複数のヘッド３２において、吐出口におけるインクの圧力を等しくして吐出口に対するインクの着弾位置等のばらつきを抑制するという観点では、インク導入部において供給タンク３４から複数のヘッド３２へと至る複数の流路が同一形状（すなわち、インクの流路の各位置における流路に垂直な断面形状が同一）とされて当該複数の流路の抵抗が等しくされ、インク導出部において複数のヘッド３２から回収部３６へと至る複数の流路も同一形状とされて当該複数の流路の抵抗が等しくされることが重要となる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

図４のヘッドユニット３３では、回収部３６が複数のヘッド３２と供給タンク３４との間に配置されるが、供給タンク３４が複数のヘッド３２と回収部３６との間に配置されてもよい。この場合、供給タンク３４の内部空間が上方の回収部３６から真下に真っ直ぐに伸びる複数のインク導出管３５２との干渉を避けた形状とされる。この場合も、ヘッドユニット３３の薄型化を図って、複数の色のヘッドユニット３３を走査方向に狭い間隔にて配列することが可能となる。

また、供給タンク３４が複数のヘッド３２と回収部３６との間に配置されるヘッドユニットでは、複数のヘッド３２を支持するセンターリブ３１は供給タンク３４の下面に取り付けられる。このように、センターリブ３１が、２段構造とされる供給タンク３４および回収部３６のうち下方に設けられる部材の下面に取り付けられることにより、ヘッドユニット３３の薄型化を図りつつ、複数のヘッド３２を強固に支持することができる。

ヘッドユニット３３，３３ａは、供給タンク３４および貯溜タンク５１内の圧力を精度よく調整して、ヘッド３２内を移動するインクの流量や圧力の変動が抑制される上記インク循環機構５に特に適しているが、貯溜タンク５１における主減圧機構５５が省略されるとともに回収ライン５３に供給タンク３４から貯溜タンク５１へとインクを戻すポンプが設けられるインク循環機構にてヘッドユニット３３，３３ａが用いられてもよい。このようにポンプを用いてインクを供給タンク３４から貯溜タンク５１へと戻す場合には、ポンプの脈動等の影響によりヘッド３２内を移動するインクの流量や圧力が変動するが、ヘッドユニット３３，３３ａでは、吐出口におけるインクの圧力の複数のヘッド３２間でのばらつきを抑えることが可能であるため、印刷画像においてある程度の質が確保される。

図１の印刷装置１（いわゆる、ロールｔｏロール方式の印刷装置）では、基材９を走査方向に移動する搬送部２７により、複数の吐出口の配列方向に交差する走査方向に基材９が吐出部３に対して一定速度にて移動するが、印刷装置１では吐出部３を走査方向に移動する機構が設けられてもよい。また、図９に示す印刷装置１ａ（枚葉式の印刷装置）のように、矩形の基材９を保持するステージ２１、および、ステージ２１を走査方向（図９中のＹ方向）に移動するステージ移動機構２２が設けられてもよい。このように、基材９を吐出部３に対して相対的に走査方向に移動する走査機構は様々な構成にて実現可能である。なお、図９の印刷装置１ａでは、基台２０上に設けられる位置検出モジュール２３により、基台２０に対するステージ２１の位置が検出可能となっている。

印刷装置１，１ａにおける印刷媒体は、シート状の基材９以外に、プラスチックにて形成される板状の部材や印刷用紙等であってもよい。

印刷装置の外観を示す斜視図である。吐出部の底面図である。インク循環機構の構成を示す図である。ヘッドユニットの正面図である。ヘッドユニットの側面図である。ヘッドユニットの断面図である。比較例の印刷装置を示す図である。関連技術に係るヘッドユニットを示す図である。印刷装置の他の例を示す図である。

符号の説明

１，１ａ印刷装置
５インク循環機構
３１センターリブ
３２ヘッド
３３，３３ａヘッドユニット
３４供給タンク
３６回収部
３７補助減圧機構
５１貯溜タンク
５２供給ライン
５４ポンプ
５５主減圧機構
３１２薄板部
３１３主面
３２１吐出口
３５１インク導入管
３５２インク導出管
３６１内部空間
３５１１，３５１２（インク導入部の）分岐管
３５２１，３５２２（インク導出部の）分岐管

Claims

インクジェット方式の印刷装置において、インクを貯溜する貯溜タンクからインクが供給されるとともに、内部のインクが前記貯溜タンクへと戻されるヘッドユニットであって、
それぞれが所定の配列方向に配列される複数の吐出口を有し、前記複数の吐出口からインクの微小液滴を吐出する複数のヘッドと、
前記複数のヘッドの上方にてインクを貯溜する供給タンクと、
前記供給タンクから前記複数のヘッドへとインクを導入するインク導入部と、
前記複数のヘッドからのインクが流入する内部空間を有する回収部と、
前記複数のヘッドと前記回収部とを接続するインク導出部と、
を備え、
前記インク導入部において、前記供給タンクから前記複数のヘッドへと至る複数の流路が同一形状であり、前記複数の流路が、前記供給タンクから同じ長さかつ同じ流路径にて真下に真っ直ぐに伸びて前記複数のヘッドにそれぞれ接続される複数のインク導入管により形成され、
前記インク導出部において、前記複数のヘッドから前記回収部へと至る複数の流路が同一形状であり、前記複数の流路が、前記回収部から同じ長さかつ同じ流路径にて真下に真っ直ぐに伸びて前記複数のヘッドにそれぞれ接続される複数のインク導出管により形成され、
前記回収部が、前記複数のヘッドと前記供給タンクとの間に位置するとともに前記複数のインク導入管との干渉を避けた形状を有し、または、前記供給タンクが、前記複数のヘッドと前記回収部との間に位置するとともに前記複数のインク導出管との干渉を避けた形状を有することを特徴とするヘッドユニット。
請求項１に記載のヘッドユニットであって、
前記回収部の上方に前記供給タンクが位置することを特徴とするヘッドユニット。
請求項１または２に記載のヘッドユニットであって、
前記複数のヘッドが前記配列方向に千鳥状に配列されることを特徴とするヘッドユニット。
請求項３に記載のヘッドユニットであって、
前記配列方向に長く、上下方向に平行な薄板部の両主面に前記複数のヘッドが前記配列方向に沿って交互に固定される固定部材をさらに備え、
前記固定部材が、前記供給タンクおよび前記回収部のうち下方に設けられる部材に取り付けられることを特徴とするヘッドユニット。
インクジェット方式の印刷装置であって、
請求項１ないし４のいずれかに記載のヘッドユニットと、
インクを貯溜する貯溜タンクから前記ヘッドユニットの前記供給タンクへとインクを供給するとともに、前記回収部の前記内部空間から前記貯溜タンクへとインクを戻すインク循環機構と、
を備えることを特徴とする印刷装置。
請求項５に記載の印刷装置であって、
前記インク循環機構が、
前記貯溜タンクから前記ヘッドユニットへのインクの供給ラインに設けられ、前記貯溜タンク内のインクを前記供給タンクに供給するポンプと、
前記貯溜タンク内を減圧することにより、前記供給タンクから前記複数のヘッドのそれぞれを経由して前記貯溜タンクに至る流路をインクにて満たした状態で前記流路を介して前記供給タンクから前記貯溜タンクへとインクを戻す減圧機構と、
を備えることを特徴とする印刷装置。
請求項６に記載の印刷装置であって、
前記ヘッドユニットの前記供給タンク内を減圧するもう１つの減圧機構をさらに備え、
前記もう１つの減圧機構により前記供給タンク内が減圧された状態において前記複数の吐出口内にインクのメニスカスが形成されることを特徴とする印刷装置。