JP6553958B2 - インクジェット記録装置およびそれに用いるインク温度の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は産業用インクジェット記録装置に係り、特に環境温度におけるインク粒子生成に好適なインク温度の制御に関する。

一般的に、連続的に噴出されたインクを粒子に変化させ、文字作成に必要な粒子に帯電、偏向を行い、印字に使用しない粒子には帯電、偏向を行わずに回収するインクジェット記録装置は、ノズル本体より噴出されたインク粒子の均一性が、印字品質に大きな影響を受ける。この印字品質の安定を図るために、ノズルの前側にインクを加温するためのインク加温装置を設けた構成が、例えば、特開平１１−５８７７０号公報（特許文献１）に開示されている。

特開平１１−５８７７０号公報

上記特許文献１は、印字品質に影響を及ぼす良好なインク粒子の作成を最適に保つためにインク温度をコントロールする開示があるが、インクを噴出してから印字可能なインク粘度になるまでの加温時間については配慮していない。また、ノズル本体は金属で出来ていて、熱を奪われやすく加温するのに時間がかかるという課題もある。

本発明の目的は、簡単な構成で、インクを噴出してから目標インク温度に達するまで短時間で加温させるインクジェット記録装置およびそれに用いるインク温度の制御方法を提供することである。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、制御部と循環部を収納した本体部と、インク粒子を生成する印字ヘッドと、本体部と印字ヘッド部を接続するケーブルを有するインクジェット記録装置であって、印字ヘッドは、インク粒子を生成し噴出するノズル本体と、ノズルに供給するインクを温めるためのヒータユニットと、ノズル本体からのインクを循環させるインク循環管を有しており、本体部は、循環部としてケーブルを介してインク循環管により連通接続されるインク循環弁とインク循環ポンプとメインインク容器からなるインク循環経路を構成しており、制御部は、ヒータユニットによるインクの加温時に、インク循環経路に加温されたインクを流し流量制御を行うように構成する。

環境温度が変化しても、安価な構成で、インクを粒子化するために必要なインク粘度となるインク温度を短時間で供給でき、良好な印字が出来るインクジェット記録装置およびそれに用いるインク温度の制御方法を提供できる。

実施例１に係るインクジェット記録装置の全体概略図である。 実施例１におけるインクジェット記録装置の経路構成図である。 実施例１におけるインク循環弁の開閉時間を示した図である。 実施例１におけるインク循環弁の開閉時間によるインク温度上昇特性の一例を示した図である。 実施例１におけるインク加温制御のフローチャート図である。 実施例１におけるインク循環弁の間欠開閉ありと閉止状態の場合の切り替え目標温度及び目標インク温度の到達時間を比較した図である。 実施例２におけるインクジェット記録装置の経路構成図である。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。

まず、インクジェット記録装置の全体概観について図１を引用して説明する。図１は、本実施例に係るインクジェット記録装置の全体概略図である。図１において、インクジェット記録装置は、制御部２と循環部３を内部に収納した本体部１と、印字するために必要なインク粒子１６を生成する印字ヘッド部５と、本体部１と印字ヘッド部５を接続するケーブル４で構成されている。

以下、インクジェット記録装置における経路構成について、図２を用いて説明する。図２は本実施例におけるインクジェット記録装置の経路構成図であり、本体部１に内蔵された循環部３を主とする経路構成を示す図である。図２において、メインインク容器６にはインク７ａを充填しておく。メインインク容器６、インク供給弁８、インク供給ポンプ９、インクフィルター１０、インク圧力を調整するインク調圧弁１１、ヒータユニット１２、ノズル本体１３は、インク供給管１４で連通接続され、また、インク粒子１５を回収するためのガター１８、インク回収ポンプ１９、メインインク容器６は、インク回収管２０で連通接続されている。また、ノズル本体１３からインク７ａを循環させるために、インク循環ポンプ２１、インク循環弁２２、メインインク容器６は、インク循環管２３で連通接続され、インク循環経路を構成する。

また、サブインク容器２４にインク７ｂが充填されており、インク補給弁２５、インク供給ポンプ９は、インク補給管２６で連通接続されている。補力液容器２７には補力液２８が充填されており、補力液２８と補力ポンプ２９、補力液補給弁３０は、補力液補給管３１で連通接続されている。

次に動作について説明する。メインインク容器６内に充填されているインク７ａは、インク供給管１４を通して供給ポンプ９により供給させる。インク調圧弁１１は、供給された加圧インク７ａを所定の圧力に調整し、圧力調整されたインクは、ヒータユニット１２を通じてノズル本体１３に供給される。

ノズル本体１３に供給され、加圧されたインク７ａは、このノズル本体１３の先端より噴出して、インクの表面張力によってインク粒子１５になる。インク粒子１５は、帯電電極１６により文字情報に応じた電荷量に帯電され、偏向電極１７ａ、ｂ（ａ：プラス電極、ｂ：マイナス電極）により偏向されて被印字物（図示省略）に印字する。また、印字に使用されないインク粒子１５は、ガター１８で捕獲してインク回収管２０を通してインク回収ポンプ１９によりメインインク容器６に回収され、ノズル本体１３から循環されたインク７ａはインク循環管２３を通して、粘度計（図示省略）、インク循環弁２２、インク循環ポンプ２１により再利用するためにメインインク容器６に戻される。

図３は、本実施例におけるインク循環弁の開閉時間を示した図である。図３において、横軸は時間、縦軸はインク循環弁２２の開閉を示している。本実施例では、ノズル内のインクを短時間で加温させるには、ノズル内を通過するインク流量を調整させなければならず、インク循環弁２２を開放する時間３４と閉止する時間３５とその開閉時間の周期３６による流量制御を行う。すなわち、インク加温時に、インク循環経路にインクを流し流量制御を行なう。なお、開放時間３４の周期３６に対する比率をデューティ比と呼ぶ。ここで、ヒータユニットによる加温で目標とするインクの温度に達するまで、周期３６でインク循環弁２２の間欠開閉を繰り返し、インク循環経路によるインク循環を行い印字は待機される。そして、目標温度に達するとインク循環弁２２の間欠開閉をやめ、インク循環を停止し、印字モードに切り替える。

また、周期３６は、インク循環ポンプ２１の周波数と同期しないような周期とすることでインク流量の変動を抑えることができる。例えば、インク循環ポンプ２１の周波数が４Ｈｚであれば、４で割り切れないような周波数の例えば７Ｈｚ、もしくはその整数倍の周波数となる周期とするのが好ましい。

図４は、インク循環弁の開閉時間によるインク温度上昇特性の一例を示した図である。図４において、各曲線は、インク循環弁の開閉時間を変えた場合のインク温度の上昇曲線を示している。すなわち、インク循環弁２２を常に閉止状態としインク循環経路を利用しない場合のインク温度の上昇曲線は３７となる。これに対して、インク循環弁２２の開放時間を長く閉止時間を短くした場合、例えば開放時間のデューティ比を１０％とした場合のインク温度の上昇曲線は３８となる。曲線３８の場合は、曲線３７の場合に比べて、インク循環経路の流量が多くなるので、ヒータユニットの内部をインクが通過する量が増え加温されるインク量が増加し、その結果、温められたインクの循環量が増え、温まったインクの保温効果により温度の立ち上がりは早くなり、短時間でノズル内のインク温度が高くなる。一方、飽和時のインク温度は、流量が多いので温まる前に流れてしまうため低くなる。また、開放時間を短く閉止時間を長くした、例えば開放時間のデューティ比を５％とした場合のインク温度の上昇曲線は３９となり、その場合は、閉止状態の曲線３７の場合に比べて流量が多いので、温度の立ち上がりは早いが、曲線３８の場合に比べて、流量が少ないので、その飽和時の温度はノズルにより熱を奪われやすく飽和時の温度が低くなる。また、開放時間と閉止時間を、曲線３８と曲線３９の中間にあたる時間に設定した場合、例えば開放時間のデューティ比を７％とした場合のインク温度の上昇曲線は４０となり、ノズル内のインク温度は閉止状態の曲線３７より高く、飽和時のインク温度も閉止状態の曲線３７に近づく。

図５に本実施例におけるインク加温制御のフローチャートを示す。図５において、インクジェット記録装置を起動させると(ステップＳ０１)、装置本体に内蔵された温度検出器（図示省略）により、随時周囲温度を検出する(Ｓ０２)。この検出した周囲温度を基にインク噴出をさせると各条件により設定した温度より下回っていればヒータユニット１２を稼働させ(Ｓ０３)、設定温度以上であれば印字可能な状態に移行する(Ｓ１０)。稼働させた周囲温度が設定温度を下回りヒータユニット１２が稼働した場合、まずヒータユニット１２に内蔵されたヒータを高電力で稼働させる(Ｓ０３)。次に、前記図３に示したように、開放する時間３４と閉止する時間３５と、その開閉時間３６（周期）による流量制御でインク循環弁２２を間欠開閉させて、温められたインクを循環させる(Ｓ０４、Ｓ０５)。その後、温められたインクが高印加電圧による加温状態から目標インク温度制御に切り替えるためのインク温度に達したかを判断し（Ｓ０６）、温度に達した場合はインク循環弁２２を閉止させる（Ｓ０７）。その後、ヒータユニットにより目標とするインクの温度に達するまで印字を待機させ(Ｓ０８、Ｓ０９)、目標温度に達したら印字可能な状態に移行する(Ｓ１０)。

また、随時、周囲温度を測定して（Ｓ１１）、温度変化したかを判断し（Ｓ１２）、温度変化したらヒータユニットにより目標インク温度の制御を行い（Ｓ１３）、温度変化がなければ印字可能な状態(Ｓ１０)とする。

図６は、インク循環弁２２の間欠開閉ありと閉止状態の場合の、切り替え目標温度及び目標インク温度の到達時間を比較した図である。図６において、図４で説明したように、インク循環経路を用い開放する時間３４のデューティ比を最適化することで、インク循環弁２２を閉止状態としインク循環経路を用いない場合に比べて、切り替え目標温度及び目標インク温度の到達時間を短くすることが可能となる。ここで、切り替え目標温度とは、ヒータユニットを高電力で稼働させ加温しインク循環弁２２の間欠開閉による流量制御を行っている状態から、インク循環弁２２の間欠開閉をやめ閉止状態としインク循環経路を用いずにヒータユニットの温度制御により目標インク温度に制御する状態に切り替えるための目標温度である。ここでは、最終目標インク温度よりも高い温度を切り替え目標温度と設定している。

このように、インク循環弁２２の開放する時間３４と閉止する時間３５とその開閉時間の周期３６による流量制御方式は、インク循環弁２２を閉止状態としインク循環経路を用いない場合より、インク加温する時間を短縮することが出来るという効果がある。

以上のように、本実施例は、制御部と循環部を収納した本体部と、インク粒子を生成する印字ヘッドと、本体部と印字ヘッド部を接続するケーブルを有するインクジェット記録装置であって、印字ヘッドは、インク粒子を生成し噴出するノズル本体と、ノズルに供給するインクを温めるためのヒータユニットと、ノズル本体からのインクを循環させるインク循環管を有しており、本体部は、循環部としてケーブルを介してインク循環管により連通接続されるインク循環弁とインク循環ポンプとメインインク容器からなるインク循環経路を構成しており、制御部は、ヒータユニットによるインクの加温時に、インク循環経路に加温されたインクを流し流量制御を行うように構成する。

また、インク粒子を生成して印字ヘッドから該インク粒子を噴出させて印字を行うインクジェット記録装置のインク温度の制御方法であって、加温装置によって加温されるインクの流量を制御するように構成する。

これにより、環境温度が変化しても、安価な構成で、インクを粒子化するために必要なインク粘度となるインク温度を短時間で供給でき、良好な印字が出来るインクジェット記録装置およびそれに用いるインク温度の制御方法を提供できる。また、噴出量の少ない極小口径のオリフィスやインクの粘度が高いものに対しての効果が大きい。

図７は、本実施例におけるインクジェット記録装置の経路構成を示す図である。図７において、図２と異なる点は、インク加温循環弁３２とインク加温循環管３３を設け、ヒータユニット１２、ノズル本体１３、インク循環ポンプ２１、インク加温循環弁３２が、インク加温循環管３３で接続されてインク加温循環経路を構成し、インクが循環される構成にした点である。

これにより、インクを温める時間を短縮させる手段として、インク循環弁２２を閉じて、インク加温循環管３３内の短い配管でインクを循環させることで、放熱量を軽減でき、インク加温に必要な時間を短縮することが可能となる。なおこの際には、インク加温循環弁３２を、実施例１で記載したような間欠開閉することで、インク加温に必要な時間を短縮することが可能となる。

以上のように、本実施例は、制御部と循環部を収納した本体部と、インク粒子を生成する印字ヘッドと、本体部と印字ヘッド部を接続するケーブルを有するインクジェット記録装置であって、印字ヘッドは、インク粒子を生成し噴出するノズル本体と、ノズルに供給するインクを温めるためのヒータユニットと、ノズル本体からのインクを循環させるインク循環管を有しており、本体部は、循環部としてケーブルを介してインク循環管により連通接続されるインク循環ポンプとインク加温循環弁がインク加温循環管でヒータユニットと接続されインク加温循環経路を構成しており、制御部は、ヒータユニットによるインクの加温時に、インク加温循環経路に加温されたインクを流し流量制御を行うように構成する。

なお、上記した実施例において、インク循環弁２２やインク加温循環弁３２を、流量調整のための間欠開閉制御を行う弁の代わり、もしくは、それと共に、絞り部材を設けることで、流量調整のための間欠開閉を制御できる電磁弁が不要、もしくは、電磁弁の負荷を減らすことができる。
また、安定した文字を印字するためには、インク温度の変化に対してインクの噴出速度の変化を小さくすることである。なぜなら安定した文字を印字するためには好適なインク粒子の作成であり、この粒子の作成には粒子化定数が影響する。この粒子化定数はインクの噴出速度の関数にある。インク噴出速度はインクの粘度が低いと小さく、粘度が高いと大きくなる。インク温度の変化に対してもインク粘度をほぼ一定になるように制御することは、インク噴出速度もほぼ一定になり、使用温度も広範囲で安定した文字を印字することが可能となる。

本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…本体部（インクジェット記録装置）、２…制御部、３…循環部、４…ケーブル、５…印字ヘッド部、６…メインインク容器、７ａ、ｂ…インク、８…インク供給弁、９…インク供給ポンプ、１０…インクフィルター、１１…インク調圧弁、１２…ヒータユニット、１３…ノズル本体、１４…インク供給管、１５…インク粒子、１６…帯電電極、１７ａ、ｂ…偏向電極、１８…ガター、１９…インク回収ポンプ、２０…インク回収管、２１…インク循環ポンプ、２２…インク循環弁、２３…インク循環管、２４…サブインク容器、２５…インク補給弁、２６…インク補給管、２７…補力液容器、２８…補力液、２９…補力ポンプ、３０…補力液補給弁、３１…補力液補給管、３２…インク加温循環弁、３３…インク加温循環管、３４…循環弁の開放時間、３５…循環弁の閉止時間、３６…開閉時間（周期）、３７…循環弁の閉止状態の場合の温度上昇曲線、３８…循環弁の開時間：長、閉時間：短の場合の温度上昇曲線、３９…循環弁の開時間：短、閉時間：長の場合の温度上昇曲線、４０…循環弁の開時間：中、閉時間：中の場合の温度上昇曲線

Claims (2)

1. 制御部と循環部を収納した本体部と、インク粒子を生成する印字ヘッドと、前記本体部と印字ヘッド部を接続するケーブルを有するインクジェット記録装置であって、
   前記印字ヘッドは、インク粒子を生成し噴出するノズル本体と、該ノズル本体に供給するインクを温めるためのヒータユニットと、前記ノズル本体からのインクを循環させるインク循環管を有しており、
   前記本体部は、前記循環部として前記ケーブルを介して前記インク循環管により連通接続されるインク循環弁とインク循環ポンプとメインインク容器からなるインク循環経路を構成しており、
   前記制御部は、前記ヒータユニットによるインクの加温時に、前記インク循環弁の開閉を繰り返すことで前記インク循環経路に該加温されたインクを流し流量制御を行ない、インク温度が所定温度に達するまで前記インク循環弁の開閉を繰り返し、前記所定温度に達したら前記インク循環弁を閉止状態にすることを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 制御部と循環部を収納した本体部と、インク粒子を生成する印字ヘッドと、前記本体部と印字ヘッド部を接続するケーブルを有するインクジェット記録装置であって、
   前記印字ヘッドは、インク粒子を生成し噴出するノズル本体と、該ノズル本体に供給するインクを温めるためのヒータユニットと、前記ノズル本体からのインクを循環させるインク循環管を有しており、
   前記本体部は、前記循環部として前記ケーブルを介して前記インク循環管により連通接続されるインク循環ポンプとインク加温循環弁がインク加温循環管で前記ヒータユニットと接続されインク加温循環経路を構成しており、
   前記制御部は、前記ヒータユニットによるインクの加温時に、前記インク加温循環経路に該加温されたインクを流し流量制御を行うことを特徴とするインクジェット記録装置。

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