JP2003165207A

JP2003165207A - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JP2003165207A
Application number: JP2001366585A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Akiyama; 佳孝秋山; Toshitaka Ogawa; 俊孝小川; Satoru Hida; 悟飛田; Akiyoshi Ouchi; 明美大内; Tsutomu Maekawa; 勉前川
Original assignee: Hitachi Printing Solutions Inc
Current assignee: Ricoh Printing Systems Ltd
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2003-06-10

Abstract

(57)【要約】【課題】記録媒体により印刷されるドットの大きさが
異なる事なく印刷でき、高画質な印刷ができることので
きるインクジェット記録装置を提供する。【解決手段】インクタンクと連通してインクを蓄える
圧力室と、電気信号の印加により圧力室内に圧力変動を
発生させる圧電素子と、圧力室の壁面の少なくとも一部
を形成して圧力発生手段と弾性材料で連結されている振
動板と、圧力室にインクを供給する流路であるリストリ
クタと、リストリクタにインクを供給する共通インク通
路を有するハウジングと、及びインク滴を圧力室から吐
出するオリフィスとを有するノズルより、紫外線や電子
線等を照射することにより硬化する特性を有するインク
を吐出し、該インク滴を記録媒体に付着させて印字を行
うインクジェット記録方法において、記録媒体選択手段
と、ノズル温度制御手段及び記録媒体温度制御手段とを
備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電アクチュエー
タが発生する圧力によって紫外線や電子線等により硬化
するインクを飛翔させ記録媒体にインク像を形成するプ
リンタのインクジェット記録装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットプリントヘッドにはイン
クを噴射する方式として、電気ヒーターによりインク中
に気泡を発生させてインクを噴射するサーマル方式と、
圧電素子を用いて加圧室の壁面の一部を変形させてイン
クを噴射する圧電素子方式とがある。

【０００３】圧電素子方式は圧電素子の変位量が小さい
ので、インク噴射のためには加圧室の振動板表面積を大
きくする必要があり、そのためサーマル方式に比べノズ
ルピッチを小さくすることが難しいとされている。しか
しながら、振動板を用いることによりインクと圧電素子
が隔離されるため、圧電素子がインクによる腐食される
ことが無く、インクの種類を選ばないという利点があ
り、産業応用に適しているといえる。

【０００４】従来よりインクジェット記録用インクとし
ては、水溶性液体インクが広く使われている。また、室
温で固体のワックス等を素材としたホットメルト型イン
クを用いて、加熱等により液化し、圧電素子の変位を利
用してインクを吐出させ、記録媒体上に付着しつつ冷却
固化し記録ドットを形成するホットメルト型インクジェ
ット記録方式が提案されている。該インクは記録媒体に
付着後直ちに固化するため「にじみ」もなく、和紙から
画用紙、プラスティックフィルムといったさまざまな記
録媒体を前処理等なしで用いることができる等の利点が
ある。

【０００５】更にプラスチックや金属等のようにインク
吸収性のない、或いはインク吸収性の低い材料への印刷
に紫外線硬化型インクが用いられてきた。今日では、グ
ラビア印刷を除き、オフセット印刷、シール印刷、又は
スクリーン印刷等のほとんど全ての印刷方式に紫外線硬
化型インクを用いた方式が導入されている。しかしなが
ら、上記の印刷方式は装置が大がかりであり、その場印
刷には適していない。これを解決する方法として、紫外
線硬化型インクを用いたインクジェット方式の記録装置
が提案されている。

【０００６】記録媒体を選ばないこれらのインクは多く
の利点があるので、可変情報印字等の追い刷り、室内外
用ポスター、大型看板、車、ガラス、エレベータ、壁お
よび建物の装飾、さらには布、合成樹脂、金属、ガラ
ス、セラミックスへのプリントなどへ応用が期待されて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記したよ
うに産業上の応用の幅が広い圧電素子を用いたインクジ
ェット方式の記録装置に関するものである。前記水系イ
ンクを印刷に用いた場合、インク吸収性のない記録媒体
に対しては印刷が困難で、専用紙を使用する場合にも大
型のインク乾燥装置が必要である。また、にじみの問題
から高精細印刷は困難で解像度に限界があるため用途が
限られる。速乾性の利点から溶剤インクが使用される場
合があるが、可燃性および環境安全性の点から望ましい
とは言えない。ホットメルト型インクは高速印刷が可能
であるが、耐擦性が低く印刷後の信頼性を得るのが難し
かった。

【０００８】一方、紫外線や電子線等で記録液を硬化さ
せる方式は、記録媒体を選ばず記録が可能である。記録
媒体は用紙に限らず非吸収性のプラスティックフィルム
や塗工したボール紙（コートボール紙）と様々で、すべ
ての記録媒体に対応できるインクジェット用インクとし
て紫外線や電子線等で記録液を硬化させる方式のインク
が適する。しかし、これらのインクは、インク滴の吐出
とほぼ同時に硬化されるためインク滴が指触で判別でき
る程度のドーム状の形状を有したまま記録媒体に定着さ
れる。このため、付着したインクを硬化させる前のイン
クが記録媒体ににじみ込む量や、インクと記録媒体との
接触角により、ドットの大きさが記録媒体毎に異なり、
印字品質を低下させることになった。

【０００９】また、一般に該インクの粘度が前記水系イ
ンクよりも大きいため、圧電素子の変位が圧力室に達す
る反応速度が遅く、例えば、特開平１１−２０１６５号
公報に記載のように、圧電素子を駆動させる駆動波形に
よってメニスカスを制御することにより吐出インク量を
変化させることは困難であった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に本発明では、インクタンクと連通してインクを蓄える
圧力室と、電気信号の印加により圧力室内に圧力変動を
発生させる圧電素子と、圧力室の壁面の少なくとも一部
を形成して圧力発生手段と弾性材料で連結されている振
動板と、圧力室にインクを供給する流路であるリストリ
クタと、リストリクタにインクを供給する共通インク通
路を有するハウジングと、及びインク滴を圧力室から吐
出するオリフィスとを有するノズルより、紫外線や電子
線等を照射することにより硬化する特性を有するインク
を吐出し、該インク滴を記録媒体に付着させて印字を行
うインクジェット記録方法において、記録媒体選択手段
と、ノズル温度制御手段及び記録媒体温度制御手段とを
備えたことを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明につ
いて説明する。図１は、本発明のインクジェットプリン
トヘッドの主要部の構造説明斜視図である。

【００１２】図１において、２は複数のオリフィス１を
形成したオリフィスプレートである。オリフィス１の開
口形状の加工精度はインクジェットプリントヘッドのイ
ンク吐出特性に大きな影響を及ぼす。複数のオリフィス
１間においてこれらのオリフィス精度ばらつきを低く押
さえるため、オリフィスプレート２の製法は高い加工精
度が要求される。このためオリフィスプレート２はステ
ンレスの精密プレス法、レーザー加工法あるいはニッケ
ルの電鋳加工等により形成される。

【００１３】このオリフィスプレート２に圧力室３が形
成されたチャンバプレート４、及びインク供給路１０と
圧力室３とを連結し、圧力室３へのインク流入を制御す
るリストリクタ５を形成したリストリクタプレート６
を、位置決めして接合する。

【００１４】更に、圧電アクチュエータ１３の圧力を効
率よく圧力室に伝えるための振動板７と、共通インク通
路１０からリストリクタ５に流入するインク中のゴミ等
を取り除くフィルタ部８とを形成したダイアフラムプレ
ート９と、共通インク通路１０を形成したハウジング１
１を同じように位置決めして接合する。

【００１５】上記チャンバプレート４、リストリクタプ
レート６、ダイアフラムプレート９はステンレス材のエ
ッチング加工法またはニッケル材の電鋳加工法で作られ
る。

【００１６】ハウジング１１はステンレス材の切削加工
等で形成され、インクタンク１９からインクを共通イン
ク通路１０まで導くインク導入パイプ１８が接合されて
いる。

【００１７】最後に、複数の積層圧電体素子１４と、そ
れを固定する支持基板１６からなる圧電アクチュエータ
１３を位置決めして接合する。圧電アクチュエータ１３
を製作する順序は、まず支持基板１６に棒状の積層圧電
体素子を複数本並べて接着・固定する。その後、棒状の
積層圧電体素子をダイシングソー、ワイヤソー等を利用
した切断により分割する。この時、分割された各々の積
層圧電体素子１４は圧力室の一つずつに対応するように
なっている。

【００１８】更には、支持基板１６にはそれぞれの積層
圧電体素子１４に外部駆動回路から独立した電気信号を
送るための個別電極１７及び図示しない共通電極が形成
されている。これによって、外部駆動回路から選択的な
電気信号が圧電体素子１４に印加されることにより、圧
電体素子１４はひずみを生じる。圧電体素子１４は高剛
性の支持基板１６上に接合されているため、振動板７に
優先的に変位を与え圧力室３の圧力を高める。本例にて
説明するインクジェットプリントヘッドはこうした原理
によってオリフィス１からインクを吐出して、記録媒体
上にインク画像を形成する装置に用いられる。

【００１９】なお、本例では、配列ピッチは３７．５分
の１インチで約６７７μｍとしたが、ノズル数、列数、
及びユニット構成はどの様な組み合わせでも限定される
ものではない。

【００２０】本発明に用いられるインクは、紫外線や電
子線等を照射することにより硬化する特性を有するイン
クである。該インクを用いるとさまざまな記録媒体に印
刷することができる。

【００２１】上記プリントヘッド及び紫外線を照射する
ことにより硬化する特性を有するインクを用いた本発明
のインクジェット記録装置の一例を図２に示す。図は記
録媒体に連続紙の一例を示すもので、記録媒体の種類を
限定するものではない。給紙部２５より供給された記録
媒体２３は用紙搬送ベルト２６により用紙スタッカ２７
へ送られる。その工程において記録媒体２３が、インク
ジェットプリントヘッド２８へ送られ、ノズルよりイン
クが吐出され記録用紙にインクが付着し画像を形成す
る。次に紫外線照射装置２９に送られ、ここで紫外線が
照射され、インクが記録用紙に定着する。こうした過程
にて記録媒体に記録をおこなっている。

【００２２】上記のごとく、ノズルより吐出されたイン
クが、記録媒体上にインク画像を形成した後、紫外線や
電子線等を照射しインクを記録媒体上に定着させ印刷す
る。しかし、インクが記録媒体上に付着後定着するまで
には時間がかかるため記録媒体により、該記録媒体中に
にじみ込む量が異ったり、記録媒体との接触角によりド
ットの大きさが異なり、印刷品質が異なることになっ
た。例えば記録媒体が普通紙の場合、図３−（ａ）に示
す様にインクは記録媒体表面及び記録媒体中にある程度
しみ込み、目的とするドットの大きさが得られ、高画質
の印刷ができた。しかし記録媒体がボール紙の場合、図
３−（ｂ）に示す様にインクは記録媒体中ににじみ大き
なドットとなり、ぼやけた画像で印刷品質を低下させ
た。逆に記録媒体がアクリル板などのような合成樹脂の
場合、図３−（ｃ）に示す様に記録媒体ににじむことな
く、記録媒体との接触角によりインクがドーム状の形状
をなし小さなドットとなり、白筋の入った画像で印刷品
質を低下させた。

【００２３】一方、インク粘度とドットの大きさには次
の関係がある。粘度の高いインクが記録媒体上に付着す
るドットは、記録媒体上、あるいは記録媒体中への広が
りが少なく、小さなドットとなる。逆に粘度の低いイン
クが記録媒体上に付着するドットは、記録媒体上、ある
いは記録媒体中へ広がり、大きなドットを得ることがで
きる。

【００２４】上記の性質を利用し、記録媒体応じてイン
ク粘度を変え、印刷することとにした。例えば、記録媒
体がボール紙の場合、インク粘度を通常より低くするこ
とにより記録媒体へのインクのにじみが少なくなり、目
的とするドットの大きさが得られた。また、アクリル板
のような記録媒体に印刷する場合、インク粘度を通常よ
り高くすることにより記録媒体上へインクが広がり、目
的とするドットの大きさが得られた。つまり記録媒体に
応じてインク粘度を制御することで高画質の印刷ができ
るようになったわけである。

【００２５】インク粘度を変える方法については次の通
りである。図４に該インク粘度の温度依存性を示す。該
インクは、温度が低いと粘度が高く、温度が高いと粘度
が低くなる。

【００２６】図５は、この性質を利用して、インクを吐
出するインクジェットプリントヘッドにヒーター２０及
び温度センサー２１を設けたヒータープレート２２を追
加したものである。記録媒体に応じてインク温度が設定
できる様に、ヒーター２０によってインクジェットプリ
ントヘッドを加熱する。その温度を温度センサー２１で
常に感知し、インクジェットプリントヘッドの温度を目
的とする温度に制御できるようにした。これにより、容
易にインク粘度を変えることができ、記録媒体毎に目的
とするドットの大きさが得られるようになった。

【００２７】インク温度は、記録媒体から熱を伝えるこ
とにより制御することもできる。記録媒体の表面温度を
記録媒体に応じて設定することにより、記録媒体から記
録媒体上に付着するインクへ熱が伝わり該インクの温度
が変わり、インク粘度を変えることができ、記録媒体毎
に目的とするドットの大きさが得られるようになった。

【００２８】尚、インク温度を制御する方法は、インク
ジェットプリントヘッドの温度制御と記録媒体の表面温
度の制御を組み合わせても良い。例えば金属板などのよ
うに熱伝達率の高い記録媒体の場合、インクジェットプ
リントヘッド或いは記録媒体表面の一方のみを温度制御
するよりも両者を組み合わせた方がインク粘度を制御す
るのには効果的である。

【００２９】本発明によるインクジェット記録装置の一
例を図６に示す。図は記録媒体に連続紙の一例を示すも
ので、記録媒体の種類を限定するものではない。先ずオ
ペレータによって記録媒体の種類を選択することによ
り、適性温度となるよう、プリントヘッド制御装置３０
によってプリントヘッド２８の温度制御を行う。ここ
で、プリンタが記憶媒体選択手段として、図示しないパ
ネル、スイッチ等を有しており、オペレータが操作する
ことで、媒体の種類を選択する。記憶媒体選択手段は通
常プリンタに設けられてはいるが、外部装置、例えばパ
ーソナルコンピュータ上でユーザが選択したデータが、
直接的にプリンタのコントローラに送信されることによ
っても可能である。

【００３０】その後、用紙搬送ベルト２６により搬送さ
れた記録媒体２３が記録媒体温度制御装置３１により記
録媒体加熱ヒーター３２を使って記録媒体に応じて適性
温度の表面温度に制御される。この状態でプリントヘッ
ド２８よりインクが吐出され記録用紙にインクが付着し
画像を形成する。その後紫外線照射装置２９により紫外
線が照射され、インクが記録用紙に定着されることによ
り、記録媒体によらずドットの大きさが均一な高画質の
印刷ができるようになる。

【００３１】インク温度によりドットの大きさが変わる
ことに着目し、例えば図５に示すようなプリントヘッド
を２個以上を使って印刷した。該プリントヘッドの温度
をそれぞれ異なる温度に設定することにより、同一記録
媒体上に異なったドットを印刷することができた。これ
は階調表現を用いる印刷方法では有効な方法である。つ
まり、２値以上の温度に制御したノズルよりインクを吐
出させることにより異なった大きさのドット印刷させ、
階調表現を行い高品質の画質を得ることができるわけで
ある。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、紫外線や電子線等を照
射することにより硬化する特性を有するインクをもちい
てインクジェットプリントヘッドにより印刷する場合、
記録媒体によってドットの大きさが異なる事なく、常に
高画質の印刷ができる。また、同じインクジェットプリ
ントヘッドを用いても、ノズル温度を制御するだけで異
なったドットの大きさが印刷することができ、階調表現
が可能となり、高画質の印刷ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例におけるインクジェットプリ
ントヘッドの主要部の構造説明斜視図である。

【図２】本発明の実施例におけるインクジェットプリ
ントヘッド記録装置の一例を示す図である。

【図３】記録媒体とドットの大きさを示す概念図であ
る。

【図４】インク粘度の温度依存性を示す図である。

【図５】本発明の実施例におけるインクジェットプリ
ントヘッドの主要部の構造説明斜視図である。

【図６】本発明の実施例におけるインクジェットプリ
ントヘッド記録装置の一例を示す図である。

【符号の説明】

１はオリフィス、２はオリフィスプレート、３は圧力
室、４はチャンバプレート、５はリストリクタ、６はリ
ストリクタプレート、７は振動板、８はフィルタ部、９
はダイアフラムプレート、１０は共通インク通路、１１
はハウジング、１２は接着剤、１３は圧電アクチュエー
タ、１４は積層圧電体素子、１５は導電性接合部材、１
６は支持基板、１７は個別電極、１８はインク導入パイ
プ、１９はインクタンク、２０はヒーター２１は温度セ
ンサー、２２はヒータープレート、２３は記録媒体、２
４はインク、２５は給紙部、２６は用紙搬送ベルト、２
７は用紙スタッカ、２８はインクジェットプリントヘッ
ド、２９は紫外線照射装置、３０はプリントヘッド温度
制御装置、３１は記録媒体温度制御装置、３２は記録媒
体加熱ヒーターである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者飛田悟茨城県ひたちなか市武田1060番地日立工機株式会社内 (72)発明者大内明美茨城県ひたちなか市武田1060番地日立工機株式会社内 (72)発明者前川勉茨城県ひたちなか市武田1060番地日立工機株式会社内Ｆターム(参考） 2C056 EA09 EB07 EB13 EB30 EB45 EC07 EC13 EC29 ED01 FA04 2C057 AF26 AF39 AG16 AG48 AL21 AL25 AM15 AM40 AP02 AP22 AP23 AP38 AQ06 CA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクタンクと連通してインクを蓄える圧
力室と、電気信号の印加により圧力室内に圧力変動を発
生させる圧電素子と、圧力室の壁面の少なくとも一部を
形成して圧力発生手段と弾性材料で連結されている振動
板と、圧力室にインクを供給する流路であるリストリク
タと、リストリクタにインクを供給する共通インク通路
を有するハウジングと、及びインク滴を圧力室から吐出
するオリフィスとを有するノズルより、紫外線や電子線
等を照射することにより硬化する特性を有するインクを
吐出し、該インク滴を記録媒体に付着させて印字を行う
インクジェット記録方法において、記録媒体選択手段
と、ノズル温度制御手段及び記録媒体温度制御手段とを
備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】前記ノズルの温度を記録媒体に応じて制御
することを特徴とする請求項1記載のインクジェット記
録装置。
【請求項３】前記記録媒体に応じて該記録媒体の表面温
度を制御することを特徴とする請求項1記載のインクジ
ェット記録装置。
【請求項４】前記インクが同一物であっても2値以上の
温度に制御したノズルよりインクを吐出させることを特
徴とする請求項1記載のインクジェット記録装置。