JP2011161898A - 流体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】廃液タンク内での顔料の析出を抑制する。
【解決手段】インクを噴射するノズル３２が形成された記録ヘッドと、ノズル３２を覆いインクを受け止めるキャッピング機構１４Ａと、を備えたプリンターであって、インクは、帯電した顔料を分散媒中に分散させた分散液であり、キャッピング機構１４Ａは、インクが排出されるキャップ１６と、キャップ１６から流入するインクを、顔料と分散媒とに分離させる分離槽２０と、分離された分散媒が流入する廃液タンク４０と、を有し、分離槽２０は、貯留するインクに接する一対の電極２３，２４を有し、該一対の電極２３，２４に印加して一方の電極２４表面に顔料を析出させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体噴射装置に関するものである。

従来から、インク滴（流体）を記録紙（媒体）に対して噴射させる流体噴射装置として、インクジェット式プリンター（以下、「プリンター」という。）が広く知られている。このようなプリンターにおいては、記録ヘッドのノズルからインクが蒸発することによるインクの増粘や固化、塵埃の付着、さらには気泡の混入などによりノズルに目詰まりを生じ、印刷不良を引き起こすという問題があった。

そこで、通常のプリンターでは、記録紙に対しての噴射とは別に、プリント動作の合間（非印刷時）などにノズル内のインクを噴射させるフラッシング動作や、ノズル内から強制的にインクを吸い出す吸引動作を行い、ノズルの目詰まりを抑制するようになっている。

フラッシング動作や吸引動作により吐出されたインクは、廃液タンクに貯留される。廃液タンクは上面が開放されており、貯留される廃インクは、徐々に蒸発して体積が減少する。そのため通常、廃液タンクの容積は、使用期間中の廃インクの蒸発を加味して設計され、廃液タンクの受容可能容量よりも実際の容積のほうが小さく設計される。これにより、構成を小型化することが可能となっている。

ところで最近では、市場要求がインクの耐久性や発光性を重視する傾向にあることから、染料インクよりも耐久性や発光性などに優れる顔料インクが使用されるようになっている。顔料インクは、顔料の粒子が水などの分散媒中に分散しているものであり、印刷物の反射濃度が高く普通紙での画質に優れるという特長を有しているが、一方で、染料インクに比べて揮発性が高く固化し易いという性質も有している。

そのため、顔料インクを用いるプリンターでは、廃液タンクに排出された廃インクから分散媒が蒸発することで顔料が析出し、廃液タンク内で堆積する。このように堆積する顔料は、例えば廃液タンク内に廃インクを導く流路の吐出口を閉塞するなどの不具合を生じさせることがある。そこで、特許文献１では、廃液タンク内に堆積した顔料に空気を吹き付けることで、顔料堆積物を吹き飛ばし、不具合を抑制する構成が提案されている。

特開２００７−１５２９２６号公報

しかしながら、上記方法では廃液タンク内で顔料の堆積が生じること自体を抑制するものではないため不具合が生じるおそれがある。

例えば、次の図３に示すように、廃インクを吸収する吸収部材１０１を備えた廃液タンク１００では、析出する顔料Ｘが吸収部材１０１を目詰まりさせる。すると、吸収部材１０１が廃インクを吸収しにくくなり、廃液タンクの受容可能容量が減少してしまう。吸収部材１０１の内部を目詰まりさせる顔料は、上記特許文献１の構成により空気を吹き付けても除去することはできないため、不具合を解消できない。

このような顔料の析出は、インクの分散媒が蒸発することによって生じているため、廃液タンク１００を密閉し分散媒の蒸発を抑止すると、顔料析出による不具合は解消可能である。しかし従来の廃液タンクは、溶媒の蒸発を考慮することで小型化していることから、分散媒の蒸発がない場合には、廃液タンクの受容可能容量が少なくなる。廃液タンクを大型化すると受容可能容量を増やすことはできるが、装置が大型化してしまう。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、顔料インクの顔料と分散媒とを分離する構成を備えることで、主として分散媒のみを廃液タンクに貯留させることを可能とし、廃液タンク内での顔料の析出を抑制することを可能とする流体噴射装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の流体噴射装置は、流体を噴射するノズルが形成された流体噴射ヘッドと、前記ノズルを覆い前記流体を受け止めるキャッピング機構と、を備えた流体噴射装置であって、前記流体は、帯電した固体粒子を分散媒中に分散させた分散液であり、前記キャッピング機構は、前記流体が排出されるキャップ部材と、前記キャップ部材から流入する前記流体を貯留し、前記固体粒子と前記分散媒とに分離させる固液分離槽と、分離された前記分散媒が流入する廃液タンクと、を有し、前記固液分離槽は、貯留する前記流体に接する一対の電極を有し、該一対の電極に印加して一方の電極表面に前記固体粒子を析出させることを特徴とする。

この構成によれば、固体粒子を含む廃液（流体）は、廃液タンクに入る前に固液分離槽にて固体粒子と分散媒とに分離されたのち、主として分散媒のみが廃液タンクに排出される。そのため、廃液タンク内で固体粒子が析出することによる不具合を抑制することが可能な流体噴射装置とすることができる。

本発明においては、前記一対の電極は互いに対向するとともに、前記固液分離槽の底部に対して起立して設けられていることが望ましい。
この構成によれば、電極で析出した固体粒子が電極表面から剥離したとしても、他方の電極表面に堆積することなく、固液分離槽の底部に堆積するため、他方の電極表面が汚れず、安定して固液分離を行うことができる。

本発明においては、前記固液分離槽は、前記固体粒子が析出する電極が配置される第１槽と、前記固体粒子が析出しない電極が配置される第２槽と、が連通して形成されており、前記第２槽の底部に、前記固液分離槽から前記廃液タンクに前記分散媒を排出する排出経路が設けられていることが望ましい。
この構成によれば、電極表面から剥離した固体粒子が廃液タンクへ排出されることが抑制される。

本発明においては、前記第２槽の底部よりも、前記第１槽の底部のほうが深いことが望ましい。
この構成によれば、電極表面から剥離した固体粒子は、固液分離槽の底部のうち深く形成された部分に堆積するため、底部での堆積物が電極に干渉するまでの時間をかせぐことができ、長期にわたって固液分離が可能となる。

本発明においては、前記固液分離槽は、前記電極の表面を払拭して前記固体粒子を除去する除去手段を有することが望ましい。
この構成によれば、常に電極表面を露出させ、良好に電気泳動を起こさせるための印加を行うことができるため、確実な固液分離が可能となる。

本発明においては、前記一対の電極への電圧の印加を制御する制御部を有し、前記制御部は、前記固液分離槽に貯留される前記流体の量が、前記一対の電極と接する量を超えた場合に、前記一対の電極へ印加することが望ましい。
この構成によれば、固液分離槽において確実に固液分離処理を行うことが可能となる。

本発明においては、前記制御部は、前記固液分離槽に貯留される前記流体の量が、前記一対の電極と接する量を超える量であって所定の閾値を超えた場合に、前記一対の電極へ印加することとしても良い。
この構成によれば、固液分離槽に閾値の量以上の流体が貯留されて初めて固液分離を行うこととなるため、少ない回数で無駄のない処理を行うことができる。また、閾値を超えると固液分離処理が成されるため、あふれるほど固液分離槽に流体が溜まる前に処理を行い、廃液タンクに排出することが可能となる。

本発明においては、前記固液分離槽は、貯留する前記流体を撹拌する撹拌手段を有することが望ましい。
この構成によれば、電気泳動による移動以外に固体粒子を流動させることができるため、析出を促進させることができる。

本発明の実施形態に係るプリンターの概略構成を示す一部分解図である。 本実施形態のキャッピング機構を示す説明図である。 従来技術における課題を示す説明図である。

以下、図１〜図２を参照しながら、本発明の実施形態に係る流体噴射装置について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。

図１は、本発明の実施形態に係るプリンター（流体噴射装置）１の概略構成を示す一部分解図である。プリンター１は、サブタンク２及び記録ヘッド３を搭載したキャリッジ４と、プリンター本体５とを有して概略構成される。プリンター本体５には、キャリッジ４を往復移動させるキャリッジ移動機構１３と、不図示の記録紙を搬送する紙送り機構と、記録ヘッド（噴射ヘッド）３に対するクリーニング処理等に用いられるキャッピング機構１４Ａと、供給チューブ３４を介して記録ヘッド３に供給するインクを貯留したインクカートリッジ６とが設けられている。

インクカートリッジ６には、顔料インクが貯留されている。顔料インクは、水や有機溶剤に不溶でありインクの着色に用いる顔料の粒子（固体粒子）と、顔料を分散させる分散媒と、その他分散系を安定化させるための界面活性剤などを含んでいる。

また、キャッピング機構１４Ａは、記録ヘッド３から吐出されるインク滴を検出可能なインク滴センサ７を備えている。このインク滴センサ７は、記録ヘッド３のノズルから吐出されるインク滴を帯電させ、この帯電したインク滴が飛翔する際の静電誘導に基づく電圧変化を検出信号として出力することで、ノズルのインク噴射出状態を把握可能とするように構成されたものである。

上記キャリッジ移動機構１３は、プリンター本体５の幅方向に架設されたガイド軸８と、パルスモーター９と、パルスモーター９の回転軸に接続されてこのパルスモーター９によって回転駆動される駆動プーリー１０と、駆動プーリー１０とはプリンター本体５の幅方向の反対側に設けられた遊転プーリー１１と、駆動プーリー１０と遊転プーリー１１との間に掛け渡されてキャリッジ４に接続されたタイミングベルト１２と、から構成されている。

そして、パルスモーター９を駆動することで、キャリッジ４がガイド軸８に沿って主走査方向に往復移動するように構成されている。また、上記紙送り機構は、紙送りモーターやこの紙送りモーターによって回転駆動される紙送りローラー（いずれ不図示）等から構成され、記録紙を記録（印字・印刷）動作に連動させてプラテン１５上に順次送り出すことになっている。

図２は、本実施形態のキャッピング機構１４Ａを示す説明図である。図に示すように、キャッピング機構１４Ａは、ノズル３２の開口部を覆うキャップ（キャップ部材）１６、キャップ１６内に吐出された顔料インクの廃インクＩを一時的に貯留し、顔料と分散媒とを分離する分離槽（固液分離槽）２０、分離された分散媒が排出される廃液タンク４０と、を有している。

キャップ１６は、キャップホルダー１６ａとキャップ部材１６ｂとを備えている。キャップホルダー１６ａは、上側が開口した箱状に形成されており、開口側が記録ヘッド３のノズル形成面３１を向くように配設されている。キャップ部材１６ｂは、エラストマー等の可撓性材質からなり、キャップホルダー１６ａの内壁面によって支持されている。このキャップ部材１６ｂは、その上端縁がキャップホルダー１６ａの上端縁よりも上方に突出している。キャップ１６は、駆動モーター等の不図示の昇降装置により上下方向に移動可能に取り付けられている。

キャップ部材１６ｂの底面には、スポンジ材等からなる、シート状のインク吸収材１６３が収容されている。このインク吸収材１６３は、記録ヘッド３から吐出されるインクを受け止めて一時的に吸収する。そして、キャップ１６がノズル形成面３１を封止した際に、ノズル形成面３１とキャップ１６とにより形成された空間に、吸収したインクの溶媒を揮発させ、ノズル３２の開口部の乾燥を防止する機能を有している。

キャップ１６の底面には、インク排出口（排出経路）１６１が貫通形成され、該インク排出口１６１には、配管１７が連通されて配設されている。配管１７は、キャップ１６と分離槽２０とを接続するものであり、配管１７の中間部には、吸引ポンプ１８が接続されている。吸引ポンプ１８としては、通常知られたチューブポンプを用いることができる。

吸引ポンプ１８は、ノズル形成面３１をキャップ１６により封止した状態で駆動することにより、各ノズル３２の中からインクを吸引する吸引動作を行う。これにより、ノズル３２の目詰まりを抑制する。

吸引ポンプ１８により吸引された廃インクは、配管１７と接続された分離槽２０の供給口２０１を介して分離槽２０内に流入する。分離槽２０は、廃インクＩが貯留される本体２１と、本体２１内に設けられ内部を連通した２つの空間に分割する壁部２２と、一対の電極２３，２４と、分離槽２０内に貯留される廃インクＩを撹拌する撹拌装置２５と、を有している。

壁部２２は、本体２１の底部に起立して設けられており、壁部２２で分割された２つの空間は、それぞれ本発明における第１槽および第２槽を成している。図では、それぞれ第１槽を符号２０ａ、第２槽を符号２０ｂで示している。また、第１槽２０ａの底部よりも第２槽２０ｂの底部の方が深くなっている。第１槽２０ａと第２槽２０ｂとの底部の深さは、同じ深さであっても構わない。

一対の電極２３，２４は、互いに対向した状態で、それぞれ第１槽２０ａ、第２槽２０ｂ内に１つずつ配置されている。これら一対の電極２３，２４は、本体２１の底部に対して起立している。本体２１に貯留される廃インクＩは、これらの電極２３，２４と接して貯留される。制御部５０からの指示により一対の電極２３，２４に印加されると、貯留する廃インクＩに電圧をかけ、顔料に電気泳動をおこさせる構成となっている。

廃インクＩに含まれる顔料は、さまざまな理由により粒子の表面が帯電している。例えば、廃インクＩにおいて、顔料の分散状態を陽イオン性界面活性剤により安定化している場合、顔料粒子の表面には陽イオン性界面活性剤が付着するため、表面が正電荷を帯びる。このような廃インクＩが貯留されている状態で、電極２３が陽極、電極２４が陰極となるように電圧をかけると、生じる電界によって廃インクＩ中の顔料が電極２４側に泳動し、図２に示すように、電極２４の表面に堆積し堆積物Ｓを形成する。分離槽２０では、このようにして廃インクＩから顔料と分散媒とを分離している。

分離槽２０の側壁には撹拌装置２５が設けられ、分離槽２０に貯留されている廃インクＩに対流を形成する。これによって、電気泳動による移動以外に顔料が電極２４に向けて流動する力が加わるため、電極２４表面での顔料の析出を促進させることができる。

電極への電圧印加を停止すると、電極表面の堆積物Ｓが剥離し、本体２１の底部へ沈降する。堆積物Ｓが生じる電極２４は、底部が深くなっている第２槽２０ｂに配置されており、第２槽２０ｂの底部に多くの堆積物Ｓを貯めることができる構成となっている。

電極２４の表面の堆積物Ｓを確実に除去するため、電極２４の面方向に相対的に移動することにより電極２４表面を払拭するワイパーを設けることとしても良い。このような構成を付加することにより、電極２４の表面を露出させ、電気泳動を起こさせやすい状態を保つことができる。

このような分離槽２０では、固液分離作業を行うためには電極２３，２４が廃インクＩに浸漬している必要がある。また、記録ヘッド３のフラッシング動作や吸引動作ごとに固液分離を行うことは動作効率が悪い。そのため、本実施形態の分離槽２０では、電極２３，２４と確実に接する量となると、電気泳動による固液分離を行う構成となっている。さらに、分離槽２０に貯留される廃インクＩが、予め設定した閾値のインク量を超えたときに固液分離を行う構成となっている。これらの電極に電圧を印加するタイミングは、制御部５０によって制御されている。

例えば、フラッシングにより記録ヘッド３からキャップ１６へ吐出したインクの量を検知し、吐出されたインクの総量が予め設定した閾値を超えたときに、固液分離処理を行うこととしても良く、吸引ポンプ１８が排出した廃インク量を検知して、同様に閾値を超えたときに固液分離処理を行うこととしても良い。また、分離槽２０に、内部に貯留されている廃インクＩの量を検出する検出装置を設け、貯留されている廃インクＩ量が閾値を超えたときに処理することとしても良い。

第１槽２０ａの底部には、配管２８が接続された排出口２０２が設けられており、配管２８の経路内にはバルブ２９が開閉自在に設けられている。廃インクＩから顔料が分離されると、バルブ２９が開かれ、分離された分散媒は排出口２０２から廃液タンク４０へ向けて排出される。

廃液タンク４０は、上方が開放された箱型の筐体４１と、筐体４１内に設けられた吸収部材４２とを有している。廃液タンク４０に向けて排出された分散媒は、吸収部材４２に吸収保持されるとともに、徐々に蒸発して体積が減少する。

ここで、廃液タンク４０に排出される分散媒からは顔料が除去されているため、分散媒の蒸発によって顔料が析出し吸収部材４２を目詰まりさせるような不具合を生じにくい。また、分離槽２０では完全に顔料を取り除くことができず、排出される分散媒に顔料が残存することも考えられるが、元の廃インクＩと比べると、排出される分散媒は顔料の含有量が低減しているため、目詰まりを起こしにくいという効果を得ることができる。

したがって、廃液タンク４０は分散媒の蒸発による体積減少を加味する設計が可能となり、廃液タンク４０を小型に設計し、キャッピング機構１４Ａの構成をコンパクトにまとめることができる。
本実施形態のプリンターが備えるキャッピング機構１４Ａは、以上のような構成となっている。

以上のような構成のキャッピング機構を備えたプリンター１によれば、顔料を含む廃インクＩは、廃液タンク４０に入る前に分離槽２０にて顔料と分散媒とに分離されたのち、主として分散媒のみが廃液タンク４０に排出される。そのため、廃液タンク４０内で顔料が析出することによる不具合を抑制したプリンター１とすることができる。

なお、本実施形態においては、流体噴射装置としてプリンター１を示し、プリンター１が噴射する流体が顔料インクであることとしたが、これに限らず、目的に応じて金属粒子や無機物粒子などを含む流体を噴射する装置に本発明を適用することもできる。

また、本実施形態においては、分離槽２０において、一対の電極２３，２４が対向し、底部に起立して配置されていることとしたが、廃インクＩに一対の電極２３，２４が浸漬されているならば、電極に印加することで顔料に電気泳動を起こさせることが出来るため、廃インクＩの固液分離を行うという分離槽２０の効果を奏することができるため、異なる配置を取ることとしても良い。

また、本実施形態においては、一対の電極２３，２４が第１槽２０ａと第２槽２０ｂとにそれぞれ配置されていることとしたが、これについても、廃インクＩに一対の電極２３，２４が浸漬されているならば、廃インクＩの固液分離を行うという分離槽２０の効果を奏することができるため、異なる配置を取ることとしても良い。

また、本実施形態においては、分離槽２０に貯留されている廃インク量について閾値を設定し、廃インク量が閾値を超えたときに分離槽２０における固液分離処理を行うこととしたが、これに限らず、プリンターの使用者が任意に固液分離処理の指示を出すこととしても良い。

また、本実施形態においては、分離槽２０内の廃インクＩを撹拌する撹拌装置２５を設けることとしたが、撹拌装置２５は無くても良い。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

１…プリンター（流体噴射装置）、３…記録ヘッド（流体噴射ヘッド）、１４Ａ…キャッピング機構、１６…キャップ（キャップ部材）、２０…分離槽（固液分離槽）、２０ａ…第１槽、２０ｂ…第２槽、２３，２４…電極、２５…撹拌装置（撹拌手段）、３２…ノズル、４０…廃液タンク、５０…制御部、２０２…排出口（排出経路）、

Claims (8)

1. 流体を噴射するノズルが形成された流体噴射ヘッドと、前記ノズルを覆い前記流体を受け止めるキャッピング機構と、を備えた流体噴射装置であって、
   前記流体は、帯電した固体粒子を分散媒に分散させた分散液であり、
   前記キャッピング機構は、前記ノズルから排出される前記流体を受け止めるキャップ部材と、
   前記キャップ部材から流入する前記流体を貯留し、前記固体粒子と前記分散媒とに分離させる固液分離槽と、
   分離された前記分散媒が流入する廃液タンクと、を有し、
   前記固液分離槽は、貯留する前記流体に接する一対の電極を有し、該一対の電極に電圧を印加して一方の電極表面に前記固体粒子を析出させることを特徴とする流体噴射装置。
2. 前記一対の電極は互いに対向するとともに、前記固液分離槽の底部に対して起立して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
3. 前記固液分離槽は、前記固体粒子が析出する電極が配置される第１槽と、前記固体粒子が析出しない電極が配置される第２槽と、が連通して形成されており、
   前記第２槽の底部に、前記固液分離槽から前記廃液タンクに前記分散媒を排出する排出経路が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の流体噴射装置。
4. 前記第２槽の底部よりも、前記第１槽の底部のほうが深いことを特徴とする請求項２または３に記載の流体噴射装置。
5. 前記固液分離槽は、前記電極の表面を払拭して前記固体粒子を除去する除去手段を有することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の流体噴射装置。
6. 前記一対の電極への電圧の印加を制御する制御部を有し、
   前記制御部は、前記固液分離槽に貯留される前記流体の量が、前記一対の電極と接する量を超えた場合に、前記一対の電極へ印加することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の流体噴射装置。
7. 前記制御部は、前記固液分離槽に貯留される前記流体の量が、前記一対の電極と接する量を超える量であって所定の閾値を超えた場合に、前記一対の電極へ印加することを特徴とする請求項６に記載の流体噴射装置。
8. 前記固液分離槽は、貯留する前記流体を撹拌する撹拌手段を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の流体噴射装置。

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