JP2010012710A - Inkjet recorder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ノズルからのインク噴出圧力を減圧弁によって調整するインクジェット記録装置に関する。 The present invention relates to an ink jet recording apparatus that adjusts an ink ejection pressure from a nozzle by a pressure reducing valve.
インクジェット記録装置のインク循環系においては、インク容器内のインクを供給ポンプで吸い込んで加圧し、加圧したインクをフィルタや圧力調整弁(減圧弁)を通して印字ヘッドに供給して印字を行い、印字ヘッドにおいて印字に使用しなかったインクを回収ポンプで吸い込み、再びインク容器に回収する構成が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 In an ink circulation system of an ink jet recording apparatus, ink in an ink container is sucked and pressurized by a supply pump, and the pressurized ink is supplied to a print head through a filter or a pressure adjusting valve (pressure reducing valve) to perform printing. A configuration is disclosed in which ink that has not been used for printing in the head is sucked with a recovery pump and recovered again into an ink container (see, for example, Patent Document 1).
インクジェット記録装置では安定した印字を行うために印字ヘッドに供給するインク圧力を調整する必要があり、減圧弁が使われている。ここで、例えばノズル穴径が65[μm]の場合は減圧弁を通して印字ヘッドへ供給するインク量は約3.5[cc/min]程度であり、減圧弁は微小流量のインクを制御する必要がある。ここで用いる減圧弁としては、弁体(バルブ)と弁座(バルブシート)の接離によりインク流路を開閉させ、インク圧力を制御しているものがある。このような従来の減圧弁においては、弁体と弁座との当接部は金属、または樹脂でできており、特に微小流量の流体を制御する場合、この弁体および弁座の金属、または樹脂の当接部の面が粗いと、前記当接部を密着させてもインク流量を絞ることができず、供給されるインク圧力を減圧できなくなる。そのため、前記当接部には研磨仕上げ等の精密な加工が必要となっている。 In an ink jet recording apparatus, it is necessary to adjust the ink pressure supplied to the print head in order to perform stable printing, and a pressure reducing valve is used. Here, for example, when the nozzle hole diameter is 65 [μm], the amount of ink supplied to the print head through the pressure reducing valve is about 3.5 [cc / min], and the pressure reducing valve needs to control ink with a minute flow rate. There is. As a pressure reducing valve used here, there is one that controls ink pressure by opening and closing an ink flow path by contacting and separating a valve body (valve) and a valve seat (valve seat). In such a conventional pressure reducing valve, the contact portion between the valve body and the valve seat is made of metal or resin, and particularly when controlling a fluid with a small flow rate, the metal of the valve body and the valve seat, or If the surface of the resin contact portion is rough, the ink flow rate cannot be reduced even if the contact portion is brought into close contact, and the supplied ink pressure cannot be reduced. Therefore, precise processing such as polishing finish is required for the contact portion.
しかし、上述した精密な加工を行うためには複数の工程とともに熟練した技術が必要となるために多くの加工工数を要し、その結果として減圧弁製造のコストアップをもたらし、インクジェット記録装置のコストアップにつながっている。 However, in order to perform the above-described precision processing, skilled techniques are required together with a plurality of processes, which requires a large number of processing steps. As a result, the cost of manufacturing the pressure reducing valve is increased, and the cost of the ink jet recording apparatus is increased. Has led to up.
また、前記当接部に傷が付いたり、異物を挟み込んだりすると、弁体と弁座との当接面に隙間ができてしまい、インクの漏れによりインク圧力制御の精度が悪くなる。 Further, if the contact portion is scratched or a foreign object is inserted, a gap is formed on the contact surface between the valve body and the valve seat, and the accuracy of ink pressure control is deteriorated due to ink leakage.
本発明の目的は、加工が容易で安価に製造でき微小流量インクの圧力制御が可能となる減圧弁を用いたインクジェット記録装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an ink jet recording apparatus using a pressure reducing valve that can be easily processed and manufactured at low cost and can control the pressure of a minute flow rate ink.
上記課題を達成するため、本発明は、弁体と弁座とを接離させることでインク流路を開閉させインクの流量を調節することによりインクの圧力を制御する減圧弁において、前記弁体と前記弁座との当接部に、前記弁体または前記弁座の少なくとも一方に接着された圧縮復元性を持つシール部材を備えている。 In order to achieve the above object, the present invention provides a pressure reducing valve that controls the pressure of ink by opening and closing an ink flow path by adjusting a flow rate of ink by bringing a valve body and a valve seat into contact with each other. And a seal member having a compression restoring property bonded to at least one of the valve body and the valve seat.
本発明によれば、弁体と弁座との当接部に圧縮復元性を持つシール部材を用いることにより、シール部材の弾性変形により前記当接部の面粗さによる隙間を埋め当接部の面精度を粗くすることができる。このため前記当接部の面を精密加工しなくても加工が容易で微小のインクの圧力制御が可能となる減圧弁を提供できる。 According to the present invention, by using a seal member having a compression restoring property at the contact portion between the valve body and the valve seat, the contact portion fills a gap due to the surface roughness of the contact portion by elastic deformation of the seal member. The surface accuracy can be roughened. Therefore, it is possible to provide a pressure reducing valve that can be easily processed and can control the pressure of a minute ink without precisely processing the surface of the contact portion.
また、弁体と弁座のどちらか一方に加硫接着した圧縮復元性を持つシール部材を設ける場合は、さらに量産加工が容易であり減圧弁製造のコストダウンとなり、インクジェット記録装置のコストダウンにつながる。 In addition, when a seal member with compression recovery that is vulcanized and bonded to either the valve body or the valve seat is provided, mass production processing is easier, reducing the cost of manufacturing the pressure reducing valve, and reducing the cost of the inkjet recording apparatus. Connected.
また、例えば弁体と弁座との当接部に多少の異物が挟み込まれた場合でも、当接面間の隙間を圧縮復元性を持つシール部材の弾性変形で埋めることができるため、従来構造よりインク圧力の制御に与える影響を低減することができる。 In addition, for example, even when some foreign matter is caught in the contact portion between the valve body and the valve seat, the gap between the contact surfaces can be filled with the elastic deformation of the seal member having compression recovery characteristics. The influence on the control of the ink pressure can be further reduced.
以下に、図面を用いて本発明の第1の実施の形態について詳述する。なお、本発明は図示例に限定されるものではない。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the illustrated example.
図1は本発明の第1の実施の形態にかかるインクジェット記録装置100を示す斜視図である。インクジェット記録装置100には、外部には操作表示部3が備えられた本体1と印字ヘッド2が備えられており、本体1と印字ヘッド2は導管4で接続されている。
FIG. 1 is a perspective view showing an ink
ここでインクジェット記録装置100の動作原理について説明する。図2に示すように、インク容器18内のインクはポンプ25に吸引、加圧されてインク柱7となってノズル8から吐出される。ノズル8には、電歪素子9が備えられており、インクに所定の周波数で振動を加えてノズル8から吐出されるインク柱7を粒子化するようになっている。これにより生成されるインク粒子10の数は,電歪素子9に印加する励振電圧の周波数により決定され、その周波数と同数となる。インク粒子10は、印字情報に対応した大きさの電圧を帯電電極11にて印加することで電荷を与えられるようになっている。帯電電極11で帯電させられたインク粒子10は、偏向電極12間の電界中を飛翔している間、帯電量に比例した力を受けて偏向し、印字対象物13へ向かって飛翔して着弾する。その際、インク粒子10は帯電量に応じて偏向方向の着弾位置は変化し、さらに偏向方向と直行する方向に生産ラインが印字対象物13を移動させることで、偏向方向と直行した方向にも粒子を着弾させることが可能となり、複数の着弾粒子によって文字を構成し印字を行う。
Here, the operation principle of the
印字に使用しなかったインク粒子10は偏向電極12間を直線的に飛翔して、ガター14により補足された後に経路を経由して、主インク容器18に回収される。
図3はインクジェット記録装置100の実際の使用状態の一例を示すものである。インクジェット記録装置100は、例えば、食品や飲料などが生産される工場内の生産ラインに据え付けられ、本体1は使用者が操作できる位置に設置され、印字ヘッド2はベルトコンベア15などの生産ライン上を給送される印字対象物13に近接できる位置に設置される。
FIG. 3 shows an example of an actual use state of the ink
ベルトコンベア15などの生産ライン上には給送速度に係わらず同じ幅で印字するために、給送速度に応じた信号をインクジェット記録装置100に出力するエンコーダ16や、印字対象物13を検出してインクジェット記録装置100に印字を指示する信号を出力する印字センサ17が設置されていて、それぞれは本体1内の図示しない制御部に接続されている。
In order to print on the production line such as the
エンコーダ16や印字センサ17からの信号に応じて制御部がノズル8から吐出されるインク粒子10への帯電量や帯電タイミングを制御し、印字対象物13が印字ヘッド2近傍を通過する間に帯電、偏向されたインク粒子10を印字対象物13へ付着させて印字を行うようになっている。
In accordance with signals from the
図4は、インクジェット記録装置100の全体的な経路構成を示す説明図である。本体1には、循環するインクを保持する主インク容器18が備えられており、主インク容器18には、主インク容器18内の液体が内部に保持されるのに適正な量である基準液面レベルに達しているか否かを検知する液面センサ38が備えられている。主インク容器18には、インクを循環させるための経路101を介してインクの粘度を計測するための落下式粘度計である粘度計測器21に接続されている。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an overall path configuration of the
粘度計測器21は経路102を介して経路の開閉を行う電磁弁22に接続されており、電磁弁22は経路103を介してインクや溶剤の吸引、圧送に供されるポンプ25に接続されている。そして、ポンプ25は経路104を介してインク中に混入している異物を除去するフィルタ28に接続されている。
The
フィルタ28は、経路105を介してポンプ25から圧送されたインクを印字するために適正な圧力に調整する減圧弁30に接続されており、減圧弁30は、経路106を介してインクの圧力を検出するための圧力計31に接続されている。
The
圧力計31は、導管4内をとおる経路107を介して印字ヘッド2内に備えられたインクを吐出する吐出口を供えたノズル8に接続されている。
The
ノズル8のインク吐出方向には、ノズル8から吐出されたインク粒子10に印字する文字情報に応じた電荷量を粒子に帯電させる帯電電極11が配置されている。帯電電極11により帯電させられたインク粒子10の飛翔方向には、帯電されたインク粒子10を偏向させる電界を発生させる偏向電極12が配置されている。
In the ink discharge direction of the
偏向電極12のインク飛翔方向側には、印字に使用されないために帯電、偏向されずに直線的に飛翔するインク粒子10を捕捉するガター14が配置されている。
On the ink flying direction side of the
ガター14は、導管4内をとおる経路108を介して本体1内に配置されているインク中に混入している異物を除去するフィルタ29と接続されており、フィルタ29は、経路109を介してガター14により補足されたインク粒子10を吸引するポンプ26と接続されている。そして、ポンプ26は、経路110を介して吸引したインク粒子10を主インク容器18に回収する。
The
本体1には、排気口32が設けられており、排気口32は経路150を介して主インク容器18と接続されており、インク中の揮発した溶剤成分が経路150を介して、本体1の外部に排気される。
The
また、本体1には、ノズル8におけるインクによる汚染及びインクの濃度を調整する溶剤容器20が備えられており、溶剤容器20は、経路111を介して溶剤の吸引、圧送を行うポンプ27に接続されている。また、ポンプ27は、経路112を介して経路の開閉を行う電磁弁24に接続されており、電磁弁24は、経路113を介して主インク容器18に接続されている。
Further, the
さらに、本体1には、補充用のインクを保持する補助インク容器19が備えられており、補助インク容器19は、経路120を介して経路の開閉を行う電磁弁23に接続されている。そして、電磁弁23は経路121を介して経路103に接続されている。
Further, the
次に、図5にインクジェット記録装置100の機能ブロック図を示す。インクジェット記録装置100には、例えばMPUを備える制御部200が備えられており、制御部200はバスライン201を介して、操作表示部3、ノズル8、帯電電極11、偏向電極12、エンコーダ16、印字センサ17、粘度測定器21、電磁弁22,23,24、ポンプ25,26,27、減圧弁30、液面センサ38及び記録部202等の各部を制御するようになっている。
Next, FIG. 5 shows a functional block diagram of the
記録部202には、インクジェット記録装置100を制御するためのプログラムが格納されており、制御部200はこのプログラムに基づいてインクジェット記録装置100を構成する各部位を制御するようになっている。
The
記録部202には、印字を行うためのインクの適正なインク圧力、すなわち印字を行うにあたっての上限値(P max)及び下限値(P min)が記録されている。
The
インクジェット記録装置においては、ノズルから吐出するインクの圧力を印字が適正に行うことができる範囲内に制御する必要があり、適正な範囲から外れたインク圧力になると、ノズルから吐出したインクが粒子化する位置が変化したり、インク粒子が均一な形状に粒子化しないなどの現象が発生して、インク粒子に所望の帯電量を与えることができず、適正な印字結果を得ることができない。 In an ink jet recording apparatus, it is necessary to control the pressure of ink ejected from the nozzle within a range where printing can be performed properly. When ink pressure deviates from the proper range, the ink ejected from the nozzle becomes particulate. As a result, a phenomenon such as a change in the position of the ink particles or a phenomenon that the ink particles are not formed into a uniform shape occurs, a desired charge amount cannot be given to the ink particles, and an appropriate printing result cannot be obtained.
そこで、上記現象の発生を避けるため、インクジェット記録装置においては、インク圧力を調整し、一定圧力に維持する手段が必要となる。 Therefore, in order to avoid the occurrence of the above phenomenon, the ink jet recording apparatus requires means for adjusting the ink pressure and maintaining it at a constant pressure.
図6は公知技術における減圧弁の動作原理図を示している。このような減圧弁において、弁体であるパイロット弁41と、パイロット弁41との当接部に金属当接部42Aを備えた弁座であるバルブシート42とを備え、パイロット弁41と金属当接部42Aを接離することにより、インク流量を調整し、インク圧力を制御している。図6(a)は減圧弁の閉状態、図6(b)は減圧弁の開状態を示す。バルブシート42はステンレス鋼を使用し、パイロット弁41との当接面にシール用の十分な面圧を得るために段差を設けて当接面積を小さくし、当接面粗さはRa=0.2、平面度0.005として精密研磨を行っていた。パイロット弁41は永久ひずみの発生を防ぐため、高価ながら剛性の高いPCTFE(ポリクロロトリフルオロエチレン)樹脂を用いており成型に機械加工を必要とする。
FIG. 6 shows an operation principle diagram of a pressure reducing valve in a known technique. In such a pressure reducing valve, a
図7は本発明の一実施例に係る減圧弁の縦断面図を示し、図8は図7のA部の拡大縦断面図を示す。本実施例に係る減圧弁30は、ポンプ25によって加圧された流体が供給される1次側流路51Aと2次側流路51Bを有するボディ51と、大気開放穴52Aを有しボディ51の上側に設けたケース52とを備えている。
FIG. 7 shows a longitudinal sectional view of a pressure reducing valve according to one embodiment of the present invention, and FIG. 8 shows an enlarged longitudinal sectional view of part A of FIG. The
ボディ51は他の機器との接続部、あるいは他の機器と共に取り付けるマニホールドの一部であり、外部との接続部に1次側流路51A、2次側流路51Bが設けられ、それぞれの流路から圧力室51Cの底部に通じている。
The
圧力調整手段を実現するための構成について説明する。2次側流路51Bに連通する流路である圧力室51Cと、圧力室51Cと通じ1次側流路51Aに連通する流入孔51Dとを形成するボディ51と、圧力室51Cに流れる流体に直接接して管路内圧力を受けて変形するダイヤフラム53とを備えている。圧力室51C内のダイヤフラム53は、流体に直接接して管路内圧力を受けるためのもので、薄膜からなり、周囲にダイヤフラム53を固定するための溝が形成されている。ダイヤフラム53の機械的変形量に応じて中央軸方向に移動するパイロットピン54と、パイロットピン54と連動して軸方向に移動するパイロット弁55とが備えられている。パイロット弁55との当接部にゴム56Aを備えボディ51に固定されたバルブシート56と、パイロット弁55をバルブシート56に押圧するための第2のばね57と、ボディ51内部に1次側流路51Aを作成し第2のばね57を固定するためのピース58と、ピース58とバルブシート56に囲まれ1次側流路と連通する圧力調整室51Eと、圧力調整室51Eと圧力室51Cの弁部以外からのインクの流通を遮断するためにバルブシート56とピース58とボディ51とに接するOリング66とから構成されている。バルブシート56の、パイロット弁55との当接面には圧縮復元性を持つシール部材であるゴム56Aが接着されている。
A configuration for realizing the pressure adjusting means will be described. A
ゴム56Aは圧縮復元性を持つゴム、合成樹脂その他の材料から形成することができる。インク溶媒が有機溶剤の場合は、耐溶剤特性の高いEPDM(エチレンプロピレンジエン)ゴムを用いることができる。EPDMからなるシール部材はバルブシートに加硫接着により固着する場合は、加硫温度が約200℃弱であることから、加硫温度以上の耐熱性を持つ材料をバルブシートに用いる。接着性をさらに向上させるためには、ガラス繊維強化形のPBT(ポリブチレンテレフタレート)、PPS(ポリフェニレンスルファイド)を用いることができる。
The
バルブシート材料にその他の金属や合成樹脂を用いる場合は、表面処理を行って適度な表面粗さを与えることが接着性を高めるために有効である。 When other metals or synthetic resins are used for the valve seat material, it is effective to improve the adhesion by applying a surface treatment to give an appropriate surface roughness.
パイロット弁55は同様に耐溶剤性の高い合成樹脂であるPBT,PPS,POM(ポリアセタール)またはステンレス鋼を用いることができる。バルブシートに代えてパイロット弁にシール部材を加硫接着する場合は、上述したバルブシートの材質条件がそのままパイロット弁に適用される。
Similarly, PBT, PPS, POM (polyacetal) or stainless steel, which is a synthetic resin having high solvent resistance, can be used for the
ケース52内に設置された第1のばね59がダイヤフラム53を押す荷重は、第1のばね59中央軸上でダイヤフラム53に接する第1のばね座60と、ダイヤフラム53を挟んで第1のばね座60と反対側にありダイヤフラム53を固定しているプランジャー65と、第1のばね59を挟んで第1のばね座60と反対側中央軸上に設置される第2のばね座61と、それらを囲み組立用ネジ62によってボディ51に固定されたケース52と、ボディ51に固定され第1のばね59と同軸上にあり第2のばね座61を介して第1のばね62に所望の荷重を加えるための調整ネジ63とを備えて構成されている。
The load by which the
次に、本実施例の減圧弁30の動作について図4により説明する。まず、インクジェット記録装置100において、主インク容器18のインクをポンプ25にて吸引し、フィルタ28を介し、減圧弁30でインクを所定の値に減圧してノズル8からインクを噴出して印字する。印字に使用されなかったインクはガター14で補足され、ポンプ26で主インク容器18に戻される。
Next, the operation of the
再び図7および図8において、減圧弁30内で加圧されたインクは1次側流路51Aを通り圧力調整室51Eに流入し、圧力調整室51Eから圧力室51Cに流入する過程で所定のインク圧力に調整して、2次側流路51Bを通りインクをノズル8に供給している。1次側流路51Aおよび2次側流路51Bは常にインクで満たされており、ノズル8からインクが吐出している間は2次側流路51Bからノズル8へインクが供給されている。
7 and 8 again, the ink pressurized in the
図9は減圧弁の動作を説明する模式図を示しており、ダイヤフラム53が受ける2次側の圧力と第2のばね57がパイロット弁55を押し上げる力の合計値は、ダイヤフラム53を挟んで反対側中央軸上に、ケース52内部に設置された第1のばね59がダイヤフラム53に加える荷重と、ほぼ釣り合うようになっている。
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the operation of the pressure reducing valve. The total value of the secondary side pressure received by the
図9(a)のように、圧力室51C内の2次側のインク圧力が、第1のばね59の押し圧より高い時は、ダイヤフラム53が圧力室51Cと反対の方向に変位するため、バルブシート56とパイロット弁55の間にギャップが無くなり、インクは流れない。しかし、圧力室51C内のインクは2次側流路51Bを通り少しずつノズル8へ供給されるため、圧力室51C内の2次側のインク圧力が下がり、ダイヤフラム53が圧力室51Cを狭くする方向に変位するように移行する。
As shown in FIG. 9A, when the ink pressure on the secondary side in the
次に、図9(b)が示すように、圧力室51C内の2次側のインク圧力が、第1のばね59の押し圧より低い時は、ダイヤフラム53が圧力室51Cを狭くする方向に変位するため、プランジャー65と連動しパイロットピン54を介してパイロット弁55が押し下げられる方向に変位し、バルブシート56とパイロット弁55の間にギャップが形成されるため、インクは圧力調整室51Eから圧力室51Cに流入する。しかし、圧力室51Cへのインクの流入量が多くなり、2次側のインク圧力が上がり、ダイヤフラム53が圧力室51Cと反対の方向に変位するように移行する。減圧弁30は図9(a)と図9(b)の状態を繰り返し、2次側のインク圧力変動に合わせてインクの流れを制御することにより2次側のインク圧力を制御する。
Next, as shown in FIG. 9B, when the ink pressure on the secondary side in the
なお、ケース52に取り付けられた調整ネジ63を回すことで、第1のばね59がダイヤフラム53に加える荷重を変えることができ、2次側のインク圧力を所定の値に調整する。
Note that the load applied by the
そして、本実施形態によれば、次に述べるような効果を得ることができる。減圧弁30においては、バルブシート56とパイロット弁55との当接部のどちらかにゴム56Aを用いることで、当接面に異物を挟み込んだ場合でもゴム56Aが弾性変形し当接面を閉じることができるため、所望のインク圧力を得ることができる。また、更に、ゴム56Aを用いることで、ゴム56Aが弾性変形し、バルブシート56とパイロット弁55との当接部の面粗さによる隙間を埋めるので、バルブシート56とパイロット弁55との当接部の面精度をラフにすることができるため、量産加工が容易となる。その結果として、減圧弁30製造にあたってのコストダウンをもたらし、インクジェット記録装置100製造のコストダウンにつながる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained. In the
また、本実施形態ではパイロット弁55との当接部にゴム56Aを取り付けたバルブシート56を用いたが、その他に、図10で本発明の第2の実施形態を示す。弁座と弁体部分の拡大断面図が示すように、バルブシート72との当接部にゴム71Aを取り付けたパイロット弁71を用いることとしても良い。
Further, in the present embodiment, the
1…本体部、2…印字ヘッド部、8…ノズル、10…インク粒子、18…主インク容器、19…インク容器、25…ポンプ(インク供給用)、26…ポンプ(インク回収用)、30…減圧弁、41…パイロット弁、42…バルブシート、42A…金属当接部、51A…1次側流路、51B…2次側流路、55…パイロット弁、56…バルブシート、56A…ゴム、71…パイロット弁、71A…ゴム、72…バルブシート、100…インクジェット記録装置
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記減圧弁は弁体と弁座とを有し、前記弁体と前記弁座とを接離させて前記配管経路内のインクの流量を調節して前記配管経路内の圧力を調節するとともに、前記弁体と前記弁座との当接部に圧縮復元性を持つシール部材を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。 An ink container for holding printing ink, a supply pump that sucks ink from the ink container via a piping path and supplies the ink to the ink discharge nozzle under pressure, and a pipe disposed between the supply pump and the ink discharge nozzle In an ink jet recording apparatus provided with a pressure reducing valve for adjusting ink pressure in a path,
The pressure reducing valve has a valve body and a valve seat, and adjusts the pressure in the piping path by adjusting the flow rate of ink in the piping path by bringing the valve body and the valve seat into contact with each other. An ink jet recording apparatus, comprising: a seal member having a compression restoring property at a contact portion between the valve body and the valve seat.
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