JP2006069109A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
インクが空気に接しないようにインク供給系を構成したインクジェット記録装置において、インク供給配管やプリントヘッドといったインク経路内に滞留した気泡の排出能力を高め、常に安定した装置状態を確保した信頼性の高いインクジェット記録装置を提供する。
【解決手段】
本発明は、インクが空気に接しないよう密閉されたインク供給系内インクをインクタンクを経由しない経路で循環させるようにし、なおかつプリントヘッド内も別の異なる経路で循環させ、流速によってインク経路内の気泡を集めて排出する機能を持たせたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ノズルからインク滴を吐出して記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置に関するものである。

インクジェット記録装置において、プリントヘッド内部のインクに気泡が混入することは、インク不吐出などの不具合の原因になっている。容易に視認できる大きさの気泡は、インク流路やプリントヘッドのノズルを塞ぐ不具合を発生させる。また、視認できなくとも、インク内に含まれる溶存空気は、ＰＺＴ（圧電素子）の駆動による高周波のキャピテーションによりプリントヘッド内部で発泡し、インク不吐出の不具合を発生させる。このため、脱気されたインクの使用、インクタンク及びインク供給流路内部に気泡を残さないための真空充填法によるインク充填、及び外部からの気泡の侵入防止により、プリントヘッドの吐出信頼性を高める必要がある。また、外部からのインク供給流路内への気泡侵入防止とともに、インク供給系の部材全てをインクが空気と直接接触させない密閉状態にて構成し、インクへの空気溶融を防止している。

図２により、従来のインク供給系の構成を説明する。

インクジェット記録装置のプリントシステムは、大別するとノズルよりインク滴を吐出して記録ドットを形成するプリントヘッド１とプリントヘッド１へインクを供給するためのインク供給系で構成される。インク供給系の構成部品であるインクタンクは一般的にメインインクタンク１０とサブインクタンク５を設けている。プリントヘッド１との水頭差ｈを一定に保つために固定されたサブインクタンク５と、サブインクタンク５内のインクレベルを図示していないセンサにより検出して、必要時メインインクタンク１０からインクを補給するようにしている。メインインクタンク１０はサブインクタンク５より水頭差が高い位置に設置し、水頭差による加圧でメインインクタンク１０からサブインクタンク５にインクを補給する。このとき電磁弁７と電磁弁１１を駆動制御する。電磁弁７を開いた状態で電磁弁１１を閉じないと、メインインクタンク１０とプリントヘッド１の水頭差が大きい状態のため、プリントヘッド１からインクが漏れ出してしまう。これを防止するため、サブインクタンク５へのインク補給時は電磁弁７を開、電磁弁１１を閉として制御する。このような２種のインクタンクの構成からインクの補充はメインインクタンク１０を交換することで、簡単に行うことができる。

脱気されたインクを使用するインクジェット記録装置のインクタンクとしては、密閉性の高い容器が使用され、外部からの空気の浸透や侵入をなくす材料が使われる。容器材料はガスバリア性が高い素材で、なおかつ可撓性を持つものを使用している。特に近年食用ゼリーなどの容器で普及してきているアルミ製パックはガスバリア性が高く、なおかつ可撓性に富む形状のため、脱気インクを収容する容器としては適している。一般的に、このアルミ製パックは口部が一つで胴体が袋になっている形状である。

上記アルミ性パックの形状で構成するサブインクタンク５は、内部のインクが消費され減少すると、容器も比例して収縮するため、容器の変位量をセンサにより検出しプリントヘッド１との水頭差ｈを最適状態に保持する構成としている。容器素材の例として、ＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）、ＡＬ（アルミニウム）、ＮＹ（ナイロン）の樹脂ラミネートＡＬシートが用いられる。最内部にＬＤＰＥ、中間部にＡＬ、最外部にＮＹを用いた構成であるが、多層シートを用いる場合は、インクと接する最内部には耐薬品性と熱融着性、中間部にはガスバリア性、最外部には強度及び柔軟性が要求される。ガスバリア性のある素材としては、単体フィルムとしてＰＶＤＣ（ポリ塩化ビニリデン）、アルミ蒸着ＣＰＰ（無延伸ポリプロピレン）、アルミ蒸着ＯＰＰ（二軸延伸ポリプロピレン）、アルミ蒸着ＬＤＰＥ、シリカ蒸着ＰＥＴ（ポリエステル）などがあり、単体で用いることも可能である。

次に、上記プリントヘッド１の概略構成を図３により説明する。

プリントヘッド１は、インクを導入するインレット１ａ又はインレット１ｃと、共通流路１ｂを構成するプリントヘッド本体１ｆと、ノズル１ｄとＰＺＴとを搭載したジェットパック１ｅｓにより構成されている。インレット１ａ及びインレット１ｃは共通流路１ｂを挟んで両側に配置してあり、両インレットからインクを導入しインク供給量を増やしたり、また、プリントヘッド１内のインク流路をアセトンなどの薬品で清掃する場合に使用する。

次に、インクジェット記録装置として使用されるインクについて説明する。インクには大別すると固体インクと液体インクがあり、更に小別すると顔料系、染料系に分けられる。近年は取り扱いやすさなどの点から液体インクが主流となっている。液体インクには、水性系、溶剤系、油性系、紫外線硬化系（以下ＵＶインクと示す）があるが、近年、環境問題への関心の高まりからＵＶインクが産業用途などで頻繁に使用されてきている。ＵＶインクを使用した産業用途として近年積極的に開発が進められているものとして、電子部品実装基板のロケーション印刷がある。基板のロケーション印刷は従来シルク印刷機により行われていたが、多種少量生産などのニーズからインクジェット記録方式を使用した印刷装置が開発されてきている。

産業用途でのインクジェット記録装置においては、印刷スループットの高速化や広範囲な印刷領域の対応から、大インク消費量に対応するためプリントヘッドユニットやインク供給系が大型化している。このため、サブインクタンク５からプリントヘッド１までのインク供給配管が数メートル必要となる場合も多い。空気に接しないように密閉された長いインク供給配管内に滞留した気泡を排出することは困難であり、複数の気泡除去機構を有する部材を配置し、定期的に気泡除去作業を行うなど、印刷以外でのインク消費が多くなっていた。

また、家庭用やビジネスユース使用されている小型タイプの従来のインクジェット記録装置においては、インク供給系の構成をインクが空気と接する大気開放で構成されているものがほとんどである。インクタンクを大気開放とし貯蔵されたインクを、プリントヘッドとチューブ等のインク供給配管を介してプリントヘッドに供給する。インクジェット記録装置においては非印刷時にはプリントヘッドのノズル面の乾燥や気泡の混入などから保護するために、キャッピングを行っているが、ノズルを長期間安定状態に維持し続けることは困難である。このため、インク経路内の気泡除去のために、ノズル面から負圧を付加して気泡を排出し、吐出を回復させる機構が用いられている。また、メインインクタンクの交換時や長期間休止時のような場合にプリントヘッドやインク経路内に気泡が滞留することがあるため、プリントヘッドとインクタンクを周回できるよう配管を一つの循環経路で形成し、ポンプによりインクを循環させることでプリントヘッドやインク供給経路内の気泡をインクタンクに流して除去している。すなわち、インクタンクが大気に開放されているため、循環によりインク経路内の気泡の滞留を防止しながら気泡をインクタンク内に排出するものである。また、プリントヘッドとインクタンクの循環経路を形成するインク供給配管の途中に、分岐させるバルブを設けヘッド内を循環させず、インクタンク内のみを循環させるなど切替を可能としたものも知られている。

しかし、インクが空気と全く接しない密閉方式で構成されたインクジェット記録装置では、気泡をインクタンク内に排出することはできないため、インク経路内の気泡を排出することが困難であった。

特許２８２１９２０号明細書

インクが空気に接しないようにインク供給系を構成した従来のインクジェット記録装置においては、次のような技術的課題があった。
１）装置大型化に伴ってインク供給配管が長くなる場合、インク経路内に滞留した気泡の除去のために複数の気泡除去機構を設ける必要があり、記録装置の大型化及びコスト増につながる。
２）ヘッドの吐出を常に安定した状態に維持するために、気泡をノズルから排出する必要があるが、微細なノズルからインクを流出させるため、その抵抗によりインク流出速度が低下して気泡排出能力が小さくなる。
３）気泡排出能力確保のためインク排出時の流出速度を上げる必要があり、インク排出量が増加し、ランニングコストが高くなる。

本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなされたものであり、インクが空気に接しないようにインク供給系を構成したインクジェット記録装置において、インク供給配管やプリントヘッドといったインク経路内に滞留した気泡の排出能力を高め、常に安定した装置状態を確保した信頼性の高いインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

本発明は、インクが空気に接しないよう密閉されたインク供給系内インクをインクタンクを経由しない経路で循環させるようにし、なおかつプリントヘッド内も別の異なる経路で循環させ、流速によってインク経路内の気泡を集めて排出する機能を持たせたことを特徴とする。

本発明によれば、インクが空気に接しないようインク供給系を構成したインクジェット記録装置において、インク供給配管及びプリントヘッド内のインクを循環し、インク経路内に滞留した気泡の排出を容易にしかも効果的に行うことができることから、ランニングコストを大幅に低減することができ、かつプリントヘッドの吐出信頼性を確保した信頼性の高いインクジェット記録装置を提供することができる。

インクが空気に接しないようにインク供給系を構成したインクジェット記録装置において、インク供給配管やプリントヘッドといったインク経路内の気泡を容易にしかも効果的に排出できるよう実現した。

本発明の一実施例を参照して説明する。

図１において、インクの流れ方向を、サブインクタンク５を上流側とし、末端のプリントヘッド１側を下流側として説明する。通常印刷時のインクは、サブインクタンク５からフィルタユニット４、３方弁３、ヘッドマニホールド２を介してプリントヘッド１へ流れる。

インク供給系の循環経路を第一の循環経路５０と第二の循環経路６０に分離し構成する。第一の循環経路５０はフィルタユニット４を折り返しポイントとし、循環ポンプ６、マニホールド７０、電磁弁７の下流側と電磁弁８の下流側を経由して構成する。インクの循環はダイヤフラム式などを使用した循環ポンプ６で行う。フィルタユニット４にはゴミやインク凝固物がプリントヘッド１側に流れることを防止するフィルタ４ａを搭載している。第一の循環経路５０はフィルタ４ａを透過させるように構成する。電磁弁９は循環動作時のみ開くように制御し、メインインクタンク１０からサブインクタンク５へのインク補充時は電磁弁１１を閉とすると同時に、必ず電磁弁９を閉とするように制御する。また第一の循環経路５０のインクを循環する場合、電磁弁８を必ず閉じるようにする。これは、循環ポンプ６からフィルタユニット４までのインク供給配管が長いことで流路摩擦抵抗が大きく、またフィルタユニット４内のフィルタ４ａの透過摩擦抵抗と流路摩擦抵抗が大きいことから、循環ポンプ６が吸引する側であるインク供給経路側で流路抵抗が小さいプリントヘッド１側からインクを引き込まないようにするためである。プリントヘッド１側からインクを引き込んでしまうと、プリントヘッド１のノズルから空気を吸い込んでしまい、循環ポンプ６のインク排出側で最もインク流路抵抗が小さいサブインクタンク５に空気が流れ込み循環ができない場合がある。これを防止するため第一の循環経路５０のインクを循環する場合、電磁弁８を必ず閉じるように制御する。

第二の循環経路６０は、プリントヘッド１のインレット１ａ、プリントヘッド１内のインク共通流路を介してインレット１ｃ、ヘッドマニホールド２、マニホールド７０、循環ポンプ６、及びヘッドマニホールド２を経由して構成する。インクの循環は循環ポンプ６にて行う。循環ポンプ６はモータなどの動力原を使用し、第一の循環経路５０のインクの吸引排出と第二の循環経路６０のインクの吸引排出を同時に行う一体タイプのものでもよい。また、それぞれの循環経路を独立させ、一方の循環を停止させ他方を循環させるように、それぞれのポンプを搭載してもよい。

図４に示すように、第一、第二循環経路内に設けられたマニホールド７０は気泡除去チャンバー７３からなる気泡除去機構を有し、循環ポンプ６を動作させることで、インク経路内の気泡を気泡除去チャンバー７３へ滞留させる。気泡除去チャンバー７３に保持された気泡は、気泡除去ポンプ７１を動作させ、開閉弁７５を開放することで排出され、バッファボトル７４から廃棄される。循環は装置を起動する時に行うことで、長期間休止後などの場合にも安定した吐出を確保する。

液体を使用する密閉系の装置の気泡除去用途にも適用できる。

本発明の実施例を示した説明図である。（実施例１） 従来のインクジェット記録装置のインク供給系を示した説明図である。 プリントヘッドの構成を示した説明図である。 気泡排出機構部及びインク排出経路の概略構成を示した図である。

符号の説明

１ プリントヘッド
１ａ インレット
１ｂ 共通流路
１ｃ インレット
１ｄ ノズル
１ｅ ジェットパック
１ｆ プリントヘッド本体
２ ヘッドマニホールド
３ ３方弁
４ フィルタユニット
４ａ フィルタ
５ サブインクタンク
６ 循環ポンプ
７ 電磁弁
８ 電磁弁
９ 電磁弁
１０ メインインクタンク
１１ 電磁弁
１２ スターラ
１３ モータ
２０ 置換液タンク
２１ 電磁弁
２２ 置換液フィルタ
５０ 第一の循環経路
６０ 第二の循環経路
７０ マニホールド
７１ 気泡除去ポンプ
７２ インク流路
７３ 気泡除去チャンバー
７４ バッファボトル
７５ 開閉弁

Claims (3)

1. 記録ヘッドのノズルからインクを被記録媒体に吐出して記録を行うインクジェット記録装置において、サブインクタンクから第一の電磁弁、第二の電磁弁、チャンバー等の気泡除去機構部、フィルタユニット、３方弁の順序で介して記録ヘッドにインクを導入すると同時に前記サブインクタンクを含めて前記インクを気泡なく直接空気に接触しない状態で密閉した構成を成すインク供給流路を備え、前記フィルタユニットを分岐として前記サブインクタンクより記録ヘッド側に設置した前記第一の電磁弁の前記記録ヘッド側を経由するように配設した第一のインク循環経路と、前記フィルタユニットより前記記録ヘッド側に設置した前記３方弁と、前記記録ヘッドの内部共通流路の一端に配設したインレットから内部共通流路を介し他端のインレットに通じ循環可能に配設した第二のインク循環経路とを備え、前記第一のインク循環経路と前記第二のインク循環経路とに液体ポンプを接続し、前記記録ヘッドのノズル面をゴム等の弾性体で密閉している状態で前記液体ポンプを作動させてインクを循環させることにより、前記インク循環経路内の気泡を前記気泡除去機構部に滞留させ、吸引ポンプ等の吸引手段により排出するように構成したインクジェット記録装置。
2. 前記記録ヘッドを複数の接続し、インク導入側とインク排出側をそれぞれ一つの流路で合流するよう形成したヘッドマニホールドを備え、前記ヘッドマニホールドに接続して配設される前記第一のインク循環経路を形成した請求項１記載のインクジェット記録装置。
3. 前記気泡除去機構部と前記吸引手段との間に開閉弁とバッファボトルとを設けてインク排出経路を構成した請求項１記載のインクジェット記録装置。
   

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