JPH11348269A - 熱可溶インクを用いた印刷機のプリントヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱可溶インクを用いた印刷機において、ジェ
ットパックのオリフィスの均熱化を図ることにより印字
品質を高める。 【解決手段】 固形インク２０を加熱溶融して蓄えるリ
ザーバ１５からインクをジェットパック２に導き、マト
リックス的に配列されたオリフィス３を通して画像信号
に応じて噴射する。リザーバ１５とジェットパック２は
異なる温度に管理されている。ジェットパック２の下部
にリザーバ１５との接触面を持ち、オリフィスプレート
３０には、リザーバとジェットパックとの接触面を正投
影させた領域を外してオリフィス３が配設され、ジェッ
トパック２の加熱手段７の少なくとも上段，中段，下段
位置の発熱密度の配分比率をオリフィスプレート面が均
熱化するよう設定している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固形インクを加熱
溶融し、溶融インクを画像信号に応じて噴射するインク
ジェット方式の印刷機に係り、詳細には熱可溶インクを
用いた印刷機のプリントヘッドの加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱可溶インクを用いたインクジェット式
印刷機に関しては、従来より印刷精度にインクの温度が
関係することが分かっている。

【０００３】しかし、現実のヘッド構造は、ジェットパ
ックの背面部にほぼ全面を覆うようにヒータを付けては
いるが、発熱密度については考慮されていない。そのた
め、インク噴出するオリフィス付近の温度が場所により
異なることがある。

【０００４】特に、インク噴射機構を構成するジェット
パックとインクを供給するリザーバとが一体となった構
造で、かつジェットパック温度とリザーバのインク温度
が異なる場合（リザーバ内のインク寿命を延ばすため、
リザーバのインク温度はジェットパック温度より１０〜
２０℃低くしている）、ジェットパックの温度は、リザ
ーバとの接触部で低くなり、また熱勾配も高いため、ジ
ェットパック内の温度分布は極めて不均一となる。

【０００５】本発明者らの実験によれば、ジェットパッ
ク下部がリザーバに接触するタイプのプリントヘッドに
おいて、リザーバ内のインク温度を１１５℃、一方、ジ
ェットパックのオリフィスプレート（インク噴出用のオ
リフィスをマトリックス状に配置したプレート）の中央
部を１３０℃に設定し、ジェットパック加熱用のヒータ
を発熱密度一定で設計したところ、ジェットパックのリ
ザーバ接触部はほぼ１１５℃まで降下、ジェットパック
上部に行くほど温度が上がり、リザーバに一番近い最下
部のオリフィスと上部オリフィスとの温度差が、最大１
７℃となっていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、オリ
フィスプレートにはリザーバ側の温度影響を受けて均熱
化を図れず、特に熱制御を簡単化するため、ジェットパ
ックの熱制御のためのサーミスタを１個しか持たず、ジ
ェットパック加熱ヒータの電気経路を１経路で制御する
という制約条件下では、オリフィス面を均熱化すること
は極めて困難であった。この状態では、オリフィスから
噴射されるインク粘度の違いが大きく、そのためインク
噴出速度がオリフィス間で一定にならない、インク噴出
時のインク滴形状が揃わないため、印刷精度が低下する
原因となる。

【０００７】本発明は以上の点に鑑みてなされ、その目
的は熱可溶インクを用いた印刷機において、ジェットパ
ックのオリフィスの均熱化を図ることにより印字品質を
高めることを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は基本的に次のように構成する。

【０００９】すなわち、固形インクを加熱溶融して蓄え
るリザーバと、前記リザーバから導いた溶融インクをマ
トリックス的に配列されたオリフィスを通して画像信号
に応じて噴射するジェットパックとを備えたインクジェ
ット式のプリントヘッドで、前記リザーバと前記ジェッ
トパックにはそれぞれ加熱手段を有して、前記リザーバ
内のインク保持温度と前記ジェットパックのオリフィス
面の保持温度が異なる温度に管理されている熱可溶イン
クを用いた印刷機のプリントヘッドにおいて、前記ジェ
ットパックの下部に前記リザーバとの接触面を持ち、前
記オリフィスを形成するオリフィスプレートには、前記
リザーバと前記ジェットパックとの接触面を正投影させ
た領域を外して前記オリフィスが配設され、前記ジェッ
トパックの加熱手段の少なくとも上段，中段，下段位置
の発熱密度の配分比率を前記オリフィスプレート面が均
熱化するよう設定していることを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１〜図３
を用いて説明する。

【００１１】図１は本発明の一実施例に係る印刷機のプ
リントヘッドの構成を側面側から一部断面してみた図、
図２は上記プリントヘッドに用いるジェットパックの分
解斜視図である。

【００１２】図１において、プリントヘッド１は、大別
して、固形インクを加熱溶融して蓄えるリザーバ１５
と、リザーバ１５から導いた溶融インク２０をマトリッ
クス的に配列されたオリフィス３を通して画像信号に応
じて噴射するジェットパック２よりなる。

【００１３】このうち、リザーバ１５は、熱伝導性の良
いアルミダイキャストで成形されている。リザーバ１５
は、リザーバ内のインクを溶かすための加熱機構を備
え、ここでは加熱機構の一例としてリザーバの底部にセ
ラミックヒータ１６が設けてある。また、リザーバ１５
底部には、インク温度を制御するための測定手段として
サーミスタ１７が貼り付けられている。

【００１４】ジェットパック２の本体は、インクを噴出
するためのオリフィス３をマトリックス的に配列したオ
リフィスプレート３０と、インク通路４０を形成する薄
板４ａ，４ｂ，・・・４ｇとを積層することにより構成さ
れ、薄板４ｇの背面部には、図２示すように櫛形に加工
されたピエゾ圧電素子８のブロック１８を複数個配列し
たバックプレート９が取り付けられている。各ブロック
１８には、縦方向に多数のピエゾ圧電素子８が配設さ
れ、各ピエゾ圧電素子８は、それぞれのオリフィスに対
向するようインク通路４０を挾んで配列されている。

【００１５】ジェットパック２は、その下部にリザーバ
１５との接触面を持ち、その接触部より上の位置に、ジ
ェットパックの加熱手段７やピエゾ圧電素子のブロック
１８を導入セットするための凹部１１が形成してある。
凹部１１は、薄板４ａ〜４ｇの積層体の一部を切り抜い
て形成される。ジェットパック２の加熱手段７は、例え
ばフレキシブルヒータより成り、エッチングされた薄板
ステンレス材の両面にポリイミド等の耐熱フィルムで溶
着して構成されている。このフレキシブルヒータ７に
は、ピエゾ圧電素子のブロック１８を貫通させるための
スリット７ａが複数配設されている。

【００１６】ジェットパック２の凹部１１には、フレキ
シブルヒータ７が内装されると共に、ピエゾ圧電素子の
ブロック１８が導入され、ピエゾ圧電素子のブロック１
８は上記したスリット７ａを通してジェットパック２の
薄板積層体に接触している。

【００１７】また、凹部１１には、ピエゾ圧電素子のブ
ロック１８とフレキシブルヒータ７の周囲にシリコーン
接着剤１０が充填されることにより、上記ブロック１８
とフレキシブルヒータ７が固定され、この状態でバック
プレート９はジェットパック２の背面部に取り付けられ
た状態となる。

【００１８】図２に示すように、バックプレート９に
は、各ブロック１８にピエゾ圧電素子８（８ａ、８ｂ，
８ｃ…）が配列されている。フレキシブルヒータ７に
は、中央部に温度測定手段として、例えば一個のサーミ
スタ６が取り付けられている。

【００１９】ジェットパック２の各薄板４ａ〜４ｇ間を
積層するためには、薄板同士を接着剤で貼り付ける、あ
るいは金属接合で貼り合わせることで行われる。この薄
板材としては、ステンレスプレートやエレクトロフォー
ムニッケル（電鋳ニッケル）板を用いる。その他、シリ
コーン板やガラス板でも可能である。

【００２０】オリフィスプレート３０は、薄板４ａの前
面に貼り付ける。寸法ｋは、オリフィスプレート３０の
最上部オリフィスから最下部オリフィスの範囲を示す。
また寸法Ｌは、リザーバ１５とジェットパック２との接
触範囲を示す。

【００２１】図１からも明らかなように、オリフィスプ
レート３０には、リザーバ１５とジェットパック２との
接触面を正投影させた領域Ｌを外してオリフィス３がマ
トリックス状に配設される。

【００２２】また、ジェットパック加熱手段であるフレ
キシブルヒータ７の発熱密度を、少なくとも上段，中
段，下段の３段に分け、オリフィスプレート３０面が均
熱化するよう上段，中段，下段の発熱密度の配分比率を
次のような知見の下に設定している。

【００２３】図３は、フレキシブルヒータ７の熱分布を
発熱密度で表したものである（単位は％で表示）。ここ
で、熱分布は、上下方向に３分割、左右方向には７分割
した。また、オリフィスの範囲は、ヒータ７の横方向数
字２〜６内にあり、縦方向上段〜下段の範囲内に収ま
る。なおリザーバ１５側の加熱手段１６による温度管理
とジェットパック２側の加熱手段７による温度管理は別
々になされ、リザーバ側のインク寿命を延ばすため、リ
ザーバ１５のインク温度はジェットパック温度より１０
〜２０℃低く管理してある。

【００２４】図３の（１）は、従来技術にならって発熱
密度を均熱にしたときの例である。（２）から（４）
は、オリフィス表面で均熱化するよう発熱密度を上下方
向、左右方向に割り付けた例である。

【００２５】図１の構造において、セラミックヒータ１
６に電源コントローラ（図示せず）より電圧を印加する
と、発生熱がリザーバ１５の壁面を伝わって、リザーバ
内のインク２０を溶融させることができる。インク２０
の温度を設定温度（本発明では、１１５℃に）に維持す
るようサーミスタ１７の抵抗を電源コントローラで制御
する。また、ジェットパック２についても同様にフレキ
シブルヒータ７に電源コントローラから電圧を印加し、
サーミスタ６の抵抗値を制御することにより、ジェット
パックの温度を決める。ジェットパックの設定温度は、
インク粘度を下げるためにリザーバ内のインク温度より
高めに設定する。本発明では、各オリフィスで目標１３
０℃になるよう設定している。しかし、リザーバ１５と
ジェットパック２の接触範囲（寸法Ｌ）の部分は、リザ
ーバの容量がジェットパックの容量に比べ十分に大きい
ため、温度が１１５℃まで下がってしまう。そこで、寸
法Ｌの範囲にオリフィスを配置しないことが必要である
ことが分かった。

【００２６】次に、ジェットパック２の背面部のフレキ
シブルヒータ７を図３（１）の条件で発熱させたとこ
ろ、オリフィス面の上段中央部のオリフィス３ｅ，３ｇ
で１３５℃に達し、下段端部３ｂ，３ｄでは１１８℃で
あった。そこで、両翼に加熱密度を集中させ図３（２）
の条件で加熱制御したところ、今度は、オリフィス中央
部より周辺部の方が温度が高くなることが判明した。こ
の結果より、フレキシブルヒータ７の熱密度は、左右方
向に対してはほぼ均等割りにすればよいことが分かっ
た。続いて、図３（３）のように下段に熱密度を集中さ
せ、左右方向はほぼ均等熱密度でフレキシブルヒータを
発熱させたところ、上段のオリフィスの温度が下段オリ
フィスより高くなり、オリフィス内の温度差は７℃とな
った。

【００２７】図３（４）は、下段の熱量を間引いて均熱
化を計ったものである。本条件では、オリフィス内の温
度差を、４℃以内に抑えることができた。

【００２８】以上より、オリフィス面の均熱化のために
は、フレキシブルヒータ７の発熱密度を少なくとも上下
方向に３分割して設定すれば良いことが分かった。

【００２９】フレキシブルヒータ７は、上述したよう
に、微小セクション単位に発熱密度が変えられ、かつ抜
き穴加工も容易な材質を選定しなければいけない。本発
明では、フレキシブルヒータ抵抗材として厚さ０．０２
５ｍｍのステンレスの薄板を用い、その薄板の両面を耐
熱性の高いポリイミドフィルムで張り合わせることによ
り厚さを僅か０．１ｍｍ以内に成形できた。また、本発
明では、フレキシブルヒータを平板状に貼り付けること
で使用したが、形状が湾曲した板や構造材に直接貼り付
けることもできる。

【００３０】フレキシブルヒータ７をジェットパック２
内に固定する方法としては、ジェットパックを組み上げ
る前にフレキシブルヒータ７を薄板４ｇに先に仮止めを
しておき、バックプレート９を取付後、窪み部（凹部）
１１にシリコーンゴムを充填して組み上げる。このよう
にして組み上げれば、フレキシブルヒータの熱源を効率
よく利用できる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、熱可溶インクを用いた
印刷機のプリントヘッドにおいて、ジェットパックのオ
リフィス面を均熱化することができたため、印字品質を
高めることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の印刷機の断面図。

【図２】 本発明の印刷機の分解斜視図。

【図３】 フレキシブルヒータの発熱密度を示す表。

【符号の説明】

１…プリントヘッド、２…ジェットパック、３…オリフ
ィス、４…薄板、６…サーミスタ、７…フレキシブルヒ
ータ（加熱手段）、１５…リザーバ、３０…オリフィス
プレート。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固形インクを加熱溶融して蓄えるリザーバ
   と、前記リザーバから導いた溶融インクをマトリックス
   的に配列されたオリフィスを通して画像信号に応じて噴
   射するジェットパックとを備えたインクジェット式のプ
   リントヘッドで、前記リザーバと前記ジェットパックに
   はそれぞれ加熱手段を有して、前記リザーバ内のインク
   保持温度と前記ジェットパックのオリフィス面の保持温
   度が異なる温度に管理されている熱可溶インクを用いた
   印刷機のプリントヘッドにおいて、 前記ジェットパックの下部に前記リザーバとの接触面を
   持ち、前記オリフィスを形成するオリフィスプレートに
   は、前記リザーバと前記ジェットパックとの接触面を正
   投影させた領域を外して前記オリフィスが配設され、前
   記ジェットパックの加熱手段の少なくとも上段，中段，
   下段位置の発熱密度の配分比率を前記オリフィスプレー
   ト面が均熱化するよう設定していることを特徴とする熱
   可溶インクを用いた印刷機のプリントヘッド。
2. 【請求項２】前記ジェットパックはインク噴射手段とし
   て複数のピエゾ圧電素子を備え、前記ジェットパックの
   加熱手段はフィルム状のフレキシブルヒータより成り、
   このフレキシブルヒータに前記ピエゾ圧電素子のブロッ
   クを貫通させるためのスリットが複数配設されている請
   求項１記載の熱可溶インクを用いた印刷機のプリントヘ
   ッド。
3. 【請求項３】前記ジェットパックの加熱手段に温度測定
   手段が１個搭載されている請求項１又は請求項２記載の
   熱可溶インクを用いた印刷機のプリントヘッド。
4. 【請求項４】前記ジェットパックの加熱手段は、エッチ
   ングされた薄板ステンレス材の両面にポリイミド等の耐
   熱フィルムで溶着して構成されている請求項１ないし３
   のいずれか１項記載の熱可溶インクを用いた印刷機のプ
   リントヘッド。
5. 【請求項５】前記ピエゾ圧電素子と前記ジェットパック
   の加熱手段とが、ジェットパックに充填したシリコーン
   ゴムを介して固定されている請求項２ないし４のいずれ
   か１項記載の熱可溶インクを用いた印刷機のプリントヘ
   ッド。