JP2006205654A - インクジェットヘッド用インク供給装置とインクジェット印刷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インクを加温することでインクを低粘度にしてインクジェットヘッドから安定して吐出できるという利点を活かしつつ、加温されたことにより微小の気泡を含んだインクがインクジェットヘッドに達しないようにし、インクジェットヘッドから不吐出率が上昇しない吐出が行えるようにする。
【解決手段】循環経路１４を循環するインクが、循環経路１４中にあってインクジェットヘッドにインクを分配する分配器９に取り付けられた加温流体が通る熱交換手段１５、１６によりその分配器位置で加温され、加温された状態で循環経路１４中にある脱気手段１３で脱気される構成とした。
【選択図】 図２

Description

本発明はインクジェットプリンタにおけるヘッドにインクを供給する装置に関するものである。

従来、工業用のインクジェットプリンタなどにおけるインクジェットヘッドからインクを吐出させる場合、そのインクを加温すると粘度が低下することから、インクを加温して粘度を一定に、かつ低粘度に保持し、室温などでは高粘度を示すインクを安定して吐出できるようにすることが試みられている。そして、インクジェットヘッド自体を温水による加温流体や電気ヒータで加温することでインクの加温が可能であり、温水路付きのインクジェットヘッドが提案されている。（特許文献１参照）

そして、インクジェットヘッドを加温する上で電気ヒータを用いるより温水で加温する方が以下に示すように利点があるため、温水で加温する形態のインクジェットヘッドの利用が多い。
まず、インクジェットヘッドのピアゾアクチュエータは吐出動作を繰り返すごとに発熱しているが、その影響によりインクジェットヘッド自体の温度が温水の温度以上に上昇した場合、インクジェットヘッドで発熱した熱が温水側に移る熱交換が生じ、インクジェットヘッドを冷却させる効果がある。これに対して電気ヒータの場合、電気ヒータの動作を継続させると温度上昇するインクジェットヘッドをさらに加温することになり、温度管理が難しいという欠点がある。このため、温水にてインクジェットヘッドを加温する方法は、インクジェットヘッドを一定の温度に維持する上で都合がよいものである。
つぎに、インクジェットヘッドでは、上述のピアゾアクチュエータの吐出動作によって特に吐出部分で多く発熱し、他の部分では発熱しない状態となって温度ムラがあり、また、外気に熱が逃げ易いインクジェットヘッドの端部などに比べるとインクジェットヘッドの中央部で温度が高くなっていて、この点でも温度ムラが生じる。このような温度ムラが場所によって生じ易いが、インクジェットヘッドに温水を面状に供給することができて温度ムラの解消が行える利点がある。
さらに温水は、流れる体積や流量、比重、熱伝導率を考えると、電気ヒータ（シートヒータ）などの電気加熱器よりも熱容量が大きく、別に設けた温水器（チラー）の熱量の大きなものを用いれば、電気加熱器よりも小さな温水加熱器をインクジェットヘッドに取付けた場合でも、速く目標温度に達することができるという利点がある。
特開２００４−３３８１５０

ところで、一般的に液体に溶存できる気体の飽和値はその液体の温度が上昇すると低下するものである。例えば、水の場合、２０℃における飽和溶解空気が２３．６ｐｐｍであり、４０℃では１７．８ｐｐｍに低下する。
この傾向はＵＶ硬化型インクや他の溶液でも同じであり、急に温度を上げると溶存していた気体がその液体中に微小な気泡となって発生する。そして、このような状態となったインクをインクジェットヘッドから吐出させた場合、不吐出率が上がることとなり、上述した温水によるインクジェットヘッドの加温に際してもこの不吐出率の上方が発生するという問題がある。

図１はＵＶ硬化型のインクジェットインクに対して２５℃で空気を飽和させたインクを、４５℃で温水加温したインクジェットヘッドに通した場合の不吐出性を示す不吐出率を実測したデータをグラフとして示したものである。溶存する気体が窒素（Ｎ_２）の場合、空気（Ａｉｒ）の場合、酸素（Ｏ_２）の場合とで不吐出率が異なるが、インク内に気体が存在すると印刷すればするほど、微小気泡がインクジェットヘッドのノズル部に集積して不吐出率が上昇しており、吐出が不安定になることは明らかである。（図１に示すデータを得る上でのバブリング条件は吐出圧を２０ｋＰａとし、印刷対象一枚当たりの吐出時間を１秒間にした。）
当然、インクをインクジェットヘッド側に送り出すタンクに予め脱気したインクを貯め置く方法は有効ではあるが、そのタンクからインクジェットヘッド側に送り出す経路中のチューブやインクジェットヘッドのノズル部、タンクの空気に接する部分、経路中の継手などから気体が侵入し、その侵入した気体をインクが吸ってしまうということを防ぐことができない。
そこで本発明は上記事情に鑑み、インクを加温することでインクを低粘度にしてインクジェットヘッドから安定して吐出できるという利点を活かしつつ、加温されたことにより微小の気泡を含んだインクがインクジェットヘッドに達しないようにすることを課題とし、インクジェットヘッドから不吐出率が上昇しない吐出が行えるようにすることを目的とするものである。

本発明は上記課題を考慮してなされたもので、メインインクタンクからのインクを送り出す一次供給部と、前記一次供給部からのインクを一つ以上のインクジェットヘッドに分配供給する分配器を備えた二次供給部とからなるインク供給装置であって、前記分配器には、該分配器のインク入口部から送り込まれた分配前のインクの一部をインクジェットヘッドに分配することなく分配器外に送り出し可能にしたインク出口部が設けられているとともに、温度一定とした加温流体が通る熱交換手段を取り付けて、該分配器に入った分配前のインクを前記熱交換手段により加温可能に設けられていて、二次供給部は、前記分配器とこの分配器のインク出口部側からのインクが前記一次供給部からのインクとともに送り込まれて脱気処理後のインクが前記分配器のインク入口側に送り出される脱気手段とが配された循環経路を有し、前記循環経路を循環するインクが、前記熱交換手段により分配器位置で加温され、加温された状態で脱気手段で脱気される構成としたことを特徴とするインクジェットヘッド用インク供給装置を提供して、上記課題を解消するものである。

また、本発明において、上記熱交換手段は、インクジェットヘッドを加温する加温流体が通る流路を備えているものとすることが可能である。そして、インクジェットヘッドの加温温度は、インクを低粘度に保持する温度であることが良好である。
また、本発明において、上記循環経路には、分配器のインク出口部からのインクを脱気手段側に向けて送り出す循環手段が設けられているものとすることが可能である。
また、本発明において、上記一次供給部には、メインインクタンクからのインクを脱気処理する脱気手段が設けられているものとすることが可能である。
また、本発明において、上記循環経路には、ごみ取りフィルタが設けられているものとすることが可能である。
そして、もう一つの発明は、上記インクジェットヘッド用インク供給装置を有するインクジェットヘッドを備えたことを特徴とするインクジェット印刷装置であり、このインクジェット印刷装置を提供して上記課題を解消するものである。

請求項１の発明により、脱気されて微小の気泡を含まず、かつ加温により低粘度となったインクがインクジェットヘッドに達するようになり、不吐出率が上昇することなく、適正な吐出が行えるという効果を奏するものである。
請求項２の発明により、インクジェットヘッドがそのインクジェットヘッドを通る加温流体の温度より高く発熱したときに加温流体が熱交換し、インクジェットヘッドを一定の温度に維持できるようになる。
請求項３の発明により、室温の変化などの影響を受けることなく良好なインク吐出状態を確保できるようになる。
請求項４の発明により、循環経路を循環するインクの循環量を調整することができる。
請求項５の発明により、循環経路に位置する脱気手段の負荷が小さなものとなり、その脱気装置の小型化が図れる。
請求項６の発明により、インクジェットヘッドにごみが送り込まれるのを防止し、ノズルの詰まりを生じさせない効果がある。
請求項７の発明により、インクの不吐出率を上げることなく適正な吐出を行なうインクジェット印刷装置が得られる。

つぎに本発明を図２と図３に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図中１は四列にして並べられた十個のインクジェットヘッドａにインクを供給するインク供給装置で、被印刷体を保持する搬送ステージｂに対向するようにしてインクジェットヘッドａを集合配列させたプリンタに組み付けられるものである。このインク供給装置１は一次供給部２とこの一次供給部２から送り込まれたインクを前記インクジェットヘッドａそれぞれに供給する二次供給部３とからなるものである。
図示されているように一次供給部２はインク供給方向上流側からインク（例えばＵＶ硬化型インク）が溜め置かれているメインインクタンク４とインク供給ポンプ５と一次の脱気手段６とサブタンク７とがチューブ８を介して順に接続されている。そして、インク供給ポンプ５の動作によってメインインクタンク４からインクを引き出し、一次の脱気手段６に送り込み、この脱気手段６に入ったインクをエア引きして脱気処理し、脱気されたインクが前記脱気手段６からサブタンク７に送り込まれ、さらにこのサブタンク７からチューブ８を通して上記二次供給部２にインクを送り出すように設けられている。図２において矢印にてインクの流れ方向を示した。

一次供給部２での上記サブタンク７ではタンク内でのインクの液面高さの制御を行なってインクジェットヘッドａのノズル面との水頭差を作り、ノズル面にインクのメカニカス形状を形成するようにしている。
また、一次の脱気手段６は、ケース体の内部を３〜６ｋＰａ程度の真空に保持し、そのケース体の内部に配した数千本の細かいフッ素系ポリマーの中空チューブにインクを通し、インク中に微小な気泡として存在している気体を、中空チューブの周りの真空部に中空チューブの管壁を透過させて排出させるようにしたものであり、中空チューブを構成しているフッ素系ポリマーの微細な隙間を気体のみが通る現象を利用したものである。なお、ケース体内の空気を引く真空ポンプは図示していない。

一次供給部２において上記一次の脱気手段６により脱気処理されたインクが送り込まれる上記二次供給部３には、図示されているようにインクジェットヘッドａにインクを分配供給する分配器９があり、この分配器９のインク入口部１０から送り込まれた分配前のインクの一部をインクジェットヘッドａに分配することなく分配器外に送り出し可能にしたインク出口部１１が設けられている。そして、この二次供給部３では、前記分配器９と、この分配器９のインク出口部１１側とした循環ポンプからなる循環手段１２と、二次の脱気手段１３とを順に回ることが可能な循環経路１４が構成されており、上記一次供給部２のサブタンク７からインクを送り込むチューブ８が前記二次の脱気手段１３に接続され、この二次の脱気手段１３で脱気処理されたインクが分配器９のインク入口部１０に送り込めるようにチューブ８により接続されている。また、分配器９のインク出口部１１から送り出されるインクが前記循環手段１２に送り込まれるようにチューブ８により接続され、さらに循環手段１２から送り出されるインクが、一次供給部２からのインクととともに二次の脱気手段１３に送り込まれるように循環手段１２の送り出し側からのチューブ８が一次供給部２からのチューブ８と集合するように設けられていて、このように分配器９に送り込まれたインクの一部がインク出口部１１から送り出され、このインクが循環経路１４を循環手段１２の動作の下で循環する。
なお、二次の脱気手段１３は一次の脱気手段６と同じ構成である。

また、循環経路１４中に位置する上記分配器９は、図示されているように一対の熱交換手段１５、１６に挟まれていて、分配器９に送り込まれてインクジェットヘッドａに分配される前のインクと熱交換できるようにしている。この熱交換手段１５、１６は温度一定とした加温流体が通るものであり、一方の熱交換手段１５に加温流体送り管１７が接続され、他方の熱交換手段１６に加温流体戻り管１８が接続されている。そして熱交換手段１５、１６は、上記分配器９がそれぞれインクを送り込むインクジェットヘッドａを加温する加温流体が通る流路の集合部としての役割も有するものであって、図３に示されているように、インクジェットヘッドａそれぞれの加温流体入口ｃに熱交換手段１５からのチューブ１９が接続されているとともに、インクジェットヘッドａそれぞれの加温流体出口ｄに熱交換手段１６からのチューブ２０が接続されていて、熱交換手段１５側から送り込まれた加温流体がインクジェットヘッドａを加温（熱交換）して熱交換手段１６へ戻る流路がそのインクジェットヘッドａそれぞれに設けられており、インクジェットヘッドａの一定の加温によりこのインクジェットヘッドａに送り込まれたインクを低粘度にし一定粘度にて良好に吐出できるようにしている。勿論、吐出動作でインクジェットヘッドａ自体が加温流体の温度より高くなると加温流体と熱交換して、インクジェットヘッドａを一定温度に維持する。

循環経路１４中にある分配器９を挟み込むようにして取り付けられた熱交換手段１５、１６と、そしてこの熱交換手段１５、１６に接続されてインクジェットヘッドａに亘る流路を通る加温流体は、４０〜５０℃位で前記インクジェットヘッドａを加温するように温度設定が行われている。そして上述したように、分配器９でのインク加温によって、そのインクに溶存していた気体を微小の気泡としてインク中に現出させている。さらに、分配器９のインク出口部１１から送り出されるインクは１０〜１００ｃｃ／分程度（インクジェットヘッドの数が１〜２０のとき）の微量として循環経路１４を循環しており、循環するインクが二次の脱気手段１３を通ってインクジェットヘッドでの吐出上、不吐出率が高くならない状態を維持する脱気処理を行なうようにしているものである。循環経路１４中の二次の脱気手段１３によって絶えず脱気を行なっており、循環経路１４中のインク中の溶存気体は溶解可能限界以下に保たれる。よって、微小の気泡を有したインクがインクジェットヘッドへ行くこともない。
また、循環経路１４には二次の脱気手段１３の上流側にメッシュ目の大きさを１〜１５μｍ程度としたごみ取りフィルタ２１が設けられていて、インク中のごみがインクジェットヘッドａに送り込まれないように図れている。
なお、上記加温流体は温水に限定されるものではないが、熱容量の大きい流体を用いるのが好ましい。

加温したインクの不吐出率をグラフで示す説明図である。 本発明に係るインクジェットヘッド用インク供給装置の一例を示す説明図である。 加温流体の流路が形成されたインクジェットヘッドを示す説明図である。

符号の説明

１…インク供給装置
２…一次供給部
３…二次供給部
４…メインインクタンク
５…インク供給ポンプ
６…脱気手段
７…サブタンク
９…分配器
１０…インク入口部
１１…インク出口部
１２…循環手段
１３…脱気手段
１４…循環経路
１５…熱交換手段
１６…熱交換手段
１７…加温流体送り管
１８…加温流体戻り管
１９…チューブ
２０…チューブ
ａ…インクジェットヘッド

Claims (7)

1. メインインクタンクからのインクを送り出す一次供給部と、前記一次供給部からのインクを一つ以上のインクジェットヘッドに分配供給する分配器を備えた二次供給部とからなるインク供給装置であって、
   前記分配器には、該分配器のインク入口部から送り込まれた分配前のインクの一部をインクジェットヘッドに分配することなく分配器外に送り出し可能にしたインク出口部が設けられているとともに、温度一定とした加温流体が通る熱交換手段を取り付けて、該分配器に入った分配前のインクを前記熱交換手段により加温可能に設けられていて、
   二次供給部は、前記分配器とこの分配器のインク出口部側からのインクが前記一次供給部からのインクとともに送り込まれて脱気処理後のインクが前記分配器のインク入口側に送り出される脱気手段とが配された循環経路を有し、
   前記循環経路を循環するインクが、前記熱交換手段により分配器位置で加温され、加温された状態で脱気手段で脱気される構成としたことを特徴とするインクジェットヘッド用インク供給装置。
2. 上記熱交換手段は、インクジェットヘッドを加温する加温流体が通る流路を備えている請求項１に記載のインクジェットヘッド用インク供給装置。
3. 上記インクジェットヘッドの加温温度は、インクを低粘度に保持する温度である請求項２に記載のインクジェットヘッド用インク供給装置。
4. 上記循環経路には、分配器のインク出口部からのインクを脱気手段側に向けて送り出す循環手段が設けられている請求項１から３の何れか一項に記載のインクジェットヘッド用インク供給装置。
5. 上記一次供給部には、メインインクタンクからのインクを脱気処理する脱気手段が設けられている請求項１から４の何れか一項に記載のインクジェットヘッド用インク供給装置。
6. 上記循環経路には、ごみ取りフィルタが設けられている請求項１から５の何れか一項に記載のインクジェットヘッド用インク供給装置。
7. 請求項１から６の何れか一項に記載のインクジェットヘッド用インク供給装置を有するインクジェットヘッドを備えたことを特徴とするインクジェット印刷装置。

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