JP2007130907A - インクジェット記録装置およびインクの脱気方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 気体透過性のある中空糸束からなる脱気装置を搭載したインクジェット記録装置において、前記脱気装置の性能は、脱気性能と同時に圧力損失特性も影響する。従って、インクジェットヘッド上流部において、圧力損失が所定量より大きい場合、インクの流動が十分になされず、吐出部へインク供給不足となり、吐出不良となる。
【解決手段】 脱気装置と前記インクカートリッジの区間にインクを加熱できる加熱機構を具備することを特徴とするインクジェット記録装置とした。
これにより、インク粘度を低下させた状態で前記脱気装置にインクを導入することができ、圧力損失を低下させることができる。その結果、通常、前記脱気装置の表面積の拡大や脱気装置を複数個並列接続することによって圧力損失を低下させるが、インク温度を上昇させることで、インク粘度を数分の1以下に低下させ、その結果圧力損失も数分の1以下に低下させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インクジェット記録装置に適応されるインク脱気装置、および脱気方法に関するものである。

インクジェット記録、特に、インク吐出の駆動に圧電アクチュエータ等の機械的動力を利用する場合、記録インクに所定量以上の溶存気体を含むと、キャビテーションを起こし吐出不良となる。そのため、インクジェット記録用インクの溶存気体量は、所定量以下に調整しなければならない。

上記課題に対し、通常、インクジェット記録用のインクは、あらかじめ脱気処理を行ったインクを〜1000mlサイズにパッケージングし、カートリッジ形態として記録装置に供給される。しかし、産業用向けの大判印刷等の場合インクを大量消費するため、数十Lサイズのインク缶等より、記録装置へ直接インクを供給する形態となっている。この際、インクの脱気装置は記録装置上のインク供給系上に設置されており、気体透過性のある膜を中空糸状（内径数百ミクロン）にし数千本束ねた脱気モジュール等の脱気装置が利用される。脱気モジュールとは、前記中空糸の外部を減圧にすることで、中空糸内部をインクが通過する際、連続的に脱気処理が可能となる装置である。
特開平5-17712 号公報 特開 2003-341083 号公報 特開平11-28307 号公報

しかし、脱気モジュールは、中空糸束構造から予想されるとおり圧力損失が大きく、インクの消費速度によっては、インクの供給不足が生じ吐出不良となってしまう。そのため、装置上に脱気モジュールを設置する場合は、インクジェットヘッドノズルにおけるインクのメニスカスを維持するための圧力制御等も兼ね、インクジェットヘッドの手前にサブタンク等のインクのリザーブ機能をもたせたインクタンクが設置される。

図5にサブタンクを有するインクジェット記録装置の一例を示す。図5に示すインクジェット記録装置は、数十Lサイズの供給インク缶11（インク貯留部）、減圧のための真空ポンプ12が接続された脱気モジュール13、脱気されたインクを貯蔵し、また、インクジェットヘッドノズルにおけるインクのメニスカスを維持するための負圧調整機能を持つサブタンク14、インクジェットヘッド15、以上の全てのユニットに連通するインク供給路であるチューブ16からなる。

脱気モジュールの圧力損失を低下させる方法としては、脱気モジュールの断面積を増大させる他、脱気モジュールを複数個並列に接続する方法が考えられるが、装置サイズが大きくなってしまう。特に、キャリッジ等に脱気モジュールを搭載する場合等には、適切なサイズを確保することが困難となる。また、脱気モジュール自体も数十万円程度と高価な装置であるため、設置数量の増加はコスト高につながる。

また、脱気モジュール部に加熱機構を設ける方法もあるが、装置が複雑になる他、運転時には脱気モジュール内は真空雰囲気となるため、脱気モジュール外部からの熱伝達効率が低い。

本発明は、インクジェットヘッド、気体透過性のある中空糸束からなる脱気装置、インクカートリッジ、以上を連通するチューブからなるインクジェット記録装置において、前記脱気装置と前記インクカートリッジの区間にインクを加熱できる加熱機構を具備することを特徴とするインクジェット記録装置とした。

また、本発明の他の実施形態として、前記加熱機構の温度を制御する機構を具備することを特徴とするインクジェット記録装置とした。

また本発明は、気体透過性のある中空糸束からなる脱気装置を用いた脱気方法において、前記脱気装置へのインプット段階でインクが加熱されていることを特徴とする脱気方法とした。

本発明では、上述のような手段を用いることで、脱気モジュールを通過する前に、インクが加熱されているためインクの粘度を低下させることができる。脱気モジュールでの圧力損失はインク粘度に比例することから、粘度低下程度分だけの圧力損失を低下させることができる。具体的に、インク種にもよるが、通常インクジェットで使用されるインクは、常温では数十cp程度と純水（1cp）に比べ高粘度であり、50℃程度では10cp以下になることから、温度変化により数倍の粘度変化が生じるため、圧力損失も数倍低下させることができる。その結果、サブタンクを介することなくインクジェットヘッドに脱気モジュールを直結することが可能となる。また、1つの脱気モジュールで性能を数倍に向上させることが可能となることから、低コストおよび省スペース化が可能となる。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではない。

図1に本発明における脱気装置の一例を示す。図1に示した装置は、基本構成としては、従来同様の構成となるが、インク供給路１６上で、脱気モジュール１３の上流にインク加熱機構１７が設置されている。熱源としては、テープヒータ等を用いるのが簡易である。加熱領域はインクを供給するチューブ径、厚み、インクの通液量によるが、加熱区間のみ熱伝導率の高い金属材料からなる配管を用いるのが効率的である。但し、インクによってはインクによる配管の腐食が発生するため、インクにより腐食が発生しない配管材料の選定が必要である。本実施例では、ニッケルめっき処理した真鍮配管を使用した。

本発明では、脱気モジュール１３外部にインク加熱機構１７を設置することができるので、脱気モジュール１３部でインク加熱機構１７を構成する場合に比べ、機構自体が低コストであり、また、熱源が配管に接触できるので、インクへの伝熱効率もよい（脱気モジュール１３部に熱源を設置する場合は、中空糸周辺は運転時には真空雰囲気になり伝熱効率が著しく低下するため、熱源は例えば赤外線等の輻射熱形態となり構成機構にコストがかかるほか、別方法として中空糸に自体に熱源を設置するにしても、構造的に複雑となるため構成機構がコスト高となってしまう）
運転時には、前述のように脱気モジュール１３内部では中空糸外部が真空雰囲気となっているため、中空糸内部からの熱放出はほとんど発生せず、脱気モジュール１３通過前に昇温されたインクは、脱気モジュール１３内を通過する際は、温度低下することなく、インクの低粘度を維持することができる。

本発明の実施例として、特に温度に対する粘度変化の大きいUV硬化インクを用いた場合について、以下に説明する。図2に本実施例で使用したUV硬化インクの粘度−温度特性を示す。図2に示すように、20℃、50℃の粘度は、それぞれ30cp、5cpであり、6倍程度の粘度差がある。

次に図3に、脱気モジュール１３での温度違い（20℃、40℃、50℃の場合）による圧力損失の計測値を示す。本実施例では、中空糸系は、内径数百ミクロン、長さ10mm程度のものを10000本程度の構成からなる脱気モジュール１３を使用した。流量25ml/minにおいて、20℃、50℃の圧力損失は、それぞれ、200mmH2O、50mmH2O程度となっており、概ね、各温度における粘度差程度の圧力損失差になっていることがわかる。

インクジェットヘッド１５の仕様にもよるが、概ね、供給インクが、インクジェットヘッド１５のノズル面に対して、〜300mm程度の水頭値で、ノズルにおけるメニスカス維持が困難となり、その結果、吐出不良となる。同様に、供給インクからインクジェットヘッド間において、〜300mm程度の圧力損失が発生すると、インクの流動不足となり、吐出不良となることがわかっている。実際には、インクジェットヘッド１５までのチューブや、各コネクター、また、キャリッジの移動にともなう圧力変動など、種々の要因により〜250mm程度の圧力損失を消費してしまう。従って、脱気モジュール１３での圧力損失はできるだけ小さい方がよく、現実的には50mm以下に押さえられているのが好ましい。

例えば、インクジェットの吐出ボリュームが35pl、吐出周波数が12KHz、ノズル数が255個の場合、インク消費量は6.4ml/min程度となる。図3に示す脱気モジュール１３の圧力損失特性では、20℃の場合、6.0ml/minにおいて50mmH2Oとなっていることから、脱気モジュール１３の圧力損失としては前述条件の上限程度となる。

また、脱気モジュール１３は、本実施例で使用した仕様のものなどは、数十万程度と高価であるほかサイズも〜1L程度ため、数十個のインクジェットヘッドを搭載する記録装置の場合などは、一つの脱気モジュール１３から分岐し、複数のインクジェットヘッド１５で共有するのが望ましい。しかし、20℃における圧力損失が上記傾向であれば、1つの脱気モジュール１３に対して、1つのインクジェットヘッド１５のみにしか対応することができない。

本発明により加熱により粘度を低下させた状態でインクを脱気モジュール１３に導入することができれば、図3に示すように、例えば50℃にインクを加熱した場合では、6.0ml/minにおいて20mmH2O程度、また、24ml/min程度まで圧力損失が50mmH2O以下となっているため、前述のインク消費量が6.4ml/min程度のインクジェットヘッド１５などの場合は、4ヘッドまで、1つの脱気モジュール１３で対応可能となる。すなわち、脱気モジュール１３のコスト、および占有スペースを同時に従来の1/4程度に改善することが可能となる。
また、脱気されたインクを貯めるサブタンクを、インクジェットヘッドの近傍に設ける必要がなく、装置の小型化を図ることが出来る。

インク加熱機構１７は、インクや配管の熱的性質の変動が数℃程度であれば、外部の温度変化によるインク温度変化の感度が低いため、熱源への供給エネルギーを一定とすることで、インク温度の安定を図ることが可能であるが、インクや配管の熱的特性の変動が数十℃程度である場合は、インク粘度を安定させるため、積極的にインクの温度調整をしなければならない。また、インクによっては、所定温度以上においてインク組成が破壊してしまう場合があるため、このような場合を防止する機能にもなる。

図4に脱気モジュール下流に温度センサーを設置した場合の温度調整機構を具備する本発明の一例を示す。図4に示すように、インク加熱機構１７の温度調整機構は、センサー部１８と制御コントローラ部１９の2つからなる。センサー部は、運転時には脱気モジュール内部は真空雰囲気となり中空糸内部のインクからの熱放出はほとんどないことから、脱気モジュールの前後、どちらの位置に設置してもよい。また、温度センサーの取り付け位置は、インク供給路の内外いずれに設置してもよい。しかし、インク供給路内部に温度センサーを設置する場合は、接液するインクによって腐食することのないよう、あらかじめ、腐食されない部材で熱電対を被服する必要がある。また、インク供給路外部に温度センサーを設置する場合は、インク供給路壁により伝熱係数が変化してしまうため、インク供給路壁部分での熱的性質を事前に把握しておく必要がある。

以上の機構により、設置された温度センサーによる計測値をもとに（インク供給路外部に温度センサーが設置されている場合は、インク供給路壁でのインクとの温度差異量を補正し）、計測値が設定値より低い場合は、熱源への供給エネルギーを増大させ、計測値が設定値よりも高い場合は、熱源への供給エネルギーを減少させる。具体的には、PID制御機能を有する市販の温度コントローラ等を利用するのが簡易である。

これにより、簡単な構成で脱気モジュールに流入するインクの温度を最適なものに制御することが出来る。

本発明のインクジェット記録装置の模式図 本実施例で使用したインクの温度−粘度特性 本実施例における脱気モジュールの流量−圧力損失特性 本発明のインクジェット記録装置の模式図 従来のインクジェット記録装置の模式図

符号の説明

11供給インク缶（インク貯留部）
12真空ポンプ
13脱気モジュール
14サブタンク
15インクジェットヘッド
16チューブ（インク供給路）
17インク加熱機構
18 センサー部
19 コントローラ部

Claims (3)

1. 被記録媒体に対してインクを吐出するインクジェットヘッドと、
   インクを貯留するインク貯留部と、
   前記インク貯留部から前記インクジェットヘッドへインクを供給するインク供給路と、
   前記インク供給路中に設けられ、気体透過性のある中空糸束からなる脱気装置と、
   前記脱気装置と前記インク貯留部との間の前記インク供給路でインクを加熱するインク加熱機構と、からなるインクジェット記録装置。
2. 前記インク加熱機構の温度を制御する温度調整機構を具備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。
3. インクを貯留するインク貯留部から、被記録媒体に対してインクを吐出するインクジェットヘッドにインク供給路を介してインクを供給する工程と、
   前記インク供給路中に設けられた、気体透過性のある中空糸束からなる脱気装置によって、インクの脱気を行なう工程と、
   前記脱気装置と前記インク貯留部との間に設けられた加熱装置によって、前記脱気装置へ流入前のインクを加熱する工程と、
   からなるインクの脱気方法。

Images