JP2011506152A - インクジェット印刷のためのインク再循環システム - Google Patents

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Abstract

インクをインクジェットプリントヘッド(14)へ供給するインク再循環システムのためのインク貯蔵器(10)であって、インク主供給源(12)からインクを受け取る第1チャンバ(16)であり、インクをプリントヘッド(14)へ供給するプリントヘッド出口(24)を有する第1チャンバ(16)と、移送出口(20)の位置によって定まる第1チャンバ内の所定の高さを越える第1チャンバからのインクを受け取るように、第1チャンバへ流体連通された第2チャンバ(18)とを備え、第2チャンバは、プリントヘッドから再循環されたインクを受け取るプリントヘッド入口(30)を有すると共に、帰還出口(40)を有し、この帰還出口は、この帰還出口の位置により定まる第2チャンバ内の所定の高さを越えるインクをインク主供給源(12)へ帰還させ、移送出口(20)は、使用中には、帰還出口(40)の垂直上方になる。貯蔵器の使用においては、第1チャンバの移送出口(20)が第2チャンバの帰還出口(40)の垂直上方にあるので、これは圧力差をもたらし、第1チャンバ(16)からプリントヘッド(14)へのプリントヘッド出口(24)を介してのインク流を引き起こし、プリントヘッド(14)を通じて、未使用のインクが第2チャンバ(18)へプリントヘッド入口(30)を介して帰還する。その未使用インクは、次いで再使用のために主供給源(12)へ帰還するので、余剰インクがシステムを通じて循環する。この配置構成は、このように重力を用いてプリントヘッド(14)を通じるインク流を引き起こすので、ポンプ、レベルセンサ、バルブ等を必要とすることはない。インク貯蔵器は、第1及び第2チャンバのインク高さ、即ち二つの出口の相対的高さにより定まる圧力差により自己調節する。
【選択図】図1

Description

発明の詳細な説明
発明の技術分野
本発明はインクジェット印刷に係り、インクジェット印刷のためのインク再循環システムについての装置及び方法に関する。
発明の背景
インクジェット印刷のためのインク再循環システムでは、インクをジェットプリントヘッドを通じて再循環させており、これはインクの特定の条件にとっては利点があり、特にインクが縣濁固形物(例えば顔料インク)を包含する際に、縣濁固形物が沈降するおそれを低減させ、また、気泡形成も低減させるので、向上した印刷性能及び信頼性を導く。
インク再循環システムは、現在のところは広範囲には普及しておらず、若干の既存のインクジェットシステムのみが非印刷期間中にインクを再循環させており、これは、再循環手段においては、再循環を生じさせるのと同時に印刷ノズルにおいて所要の一定負圧を維持することが困難であることから採用されている手法である。
今までのインクシステムのための或る設計は、一定の負圧を維持しながら、再循環を生じさせることを可能とし、ひいては印刷中に再循環を可能としており、これは代表的には複数のプリントヘッド貯蔵器、複数のポンプ、及びインク主供給源に対して往復する複数のチューブを含んでいる。例えば米国特許第7040745号を参照されたい。複数のプリントヘッド貯蔵器は、印刷システムにおけるプリントヘッドキャリッジに対する更なる重量のみならず、インクシステムに対する費用と複雑性を増加させてしまう。複数のポンプは、システムに更なるコストを増大させ、制御手段を必要とすると共に、保守及び交換のための追加部品も必要とする。更に、バルクインク主供給源からプリントヘット貯蔵器へ至るチューブの数は最小化することが望ましい。というのは、貯蔵器は多くの場合は可動プリントヘッドキャリッジに搭載されるので、チューブも可撓性エネルギ・チェーンを通じてキャリッジへ至るようにせねばならないためである。使用するチューブの数が増大するにつれて、エネルギ・チェーンも大きくなり、可撓性が損なわれるので、制御がより困難になる。また一般に、公知のインク再循環システムは比較的に大きなインク容量を有しており、これは例えば少なくとも約1リットルである。
WO 02/096654(3M)は、顔料インク用再循環システムを開示しており、これは二つの貯蔵機器と、プリントヘッドを通じてインク流を生じさせるサイフォン効果とを用いている。
WO2006/030235(Xaar)は、その図8にインク再循環システムを開示しており、これは、堰(weirs)を有する二つのチャンバを用い、これらのチャンバは、プリントヘッドを通じてインクを駆動させる圧力差を生じるように、別々の圧力に保持されている。インクは入口タンクから出口タンクへ流れることができ、その流れはレベルセンサに応答して弁により調節される。
WO2006/064036(Agfa)は、インクジェット印刷のためのインク循環システムに関し、その図3には、プリントヘッド補助タンクを含む装置が示されており、その補助タンクは、プリントヘッドを通じてインクを循環させるための圧力差を生じるように、補助タンクの第1区画と第2区画とを隔てる堰を有している。第2区画のインクのレベルは、インク主供給源へ導かれる流路における弁を調節するように働くレベルセンサによって制御される。
発明の概要
一つの局面によれば、本発明は、インクをインクジェットプリントヘッドへ供給するインク再循環システムのためのインク貯蔵器を与え、このインク貯蔵器は、インク主供給源からインクを受け取る第1チャンバであって、プリントヘッドへインクを供給するプリントヘッド出口を有する第1チャンバと、この第1のチャンバへ流体連通して、移送出口の位置により定まる第1チャンバにおける所定の高さを越える第1チャンバからのインクを受け取る第2のチャンバとを備え、その第2のチャンバはプリントヘッドから再循環されたインクを受け取るためのプリントヘッド入口を有すると共に、帰還出口を有し、この帰還出口は、その位置によって定まる第2のチャンバの所定の高さを越えるインクをインク主供給源へ帰還させ、移送出口は、使用中には帰還出口の垂直上方になる。
貯蔵器の使用においては、(貯蔵器が使用のために適切な向きにあるとき)第一のチャンバの移送出口が第二チャンバの帰還出口の垂直上方にあるので、これは圧力差をもたらし、第1のチャンバからプリントヘッドへのプリントヘッド出口を介してのインク流を引き起こし、プリントヘッドを通じて、未使用のインクが第2のチャンバへプリントヘッド入口を介して帰還する。その未使用インクは、次いで再使用のために主供給源へ帰還するので、余剰インクがシステムを通じて循環する。従って、この配置構成は、圧力差を用いてプリントヘッドを通じるインク流を引き起こすので、ポンプ、レベルセンサ、バルブ等を必要とすることはない。インク貯蔵器は、第1及び第2チャンバのインク高さ、即ち二つの出口の相対的高さにより定まる圧力差により自己調節する。
このように本発明の貯蔵器は、WO 2006/064036号に開示されたものよりも単純であり、第2のチャンバにおけるインクレベルを調節するためにレベルセンサも弁も必要としない。
インクは、インク主供給源を通じてインク貯蔵器へ適宜な流体流ライン(例えばチューブ)を介して、代表的には循環ポンプの使用により循環する。単独のポンプで充分であり、これはインク貯蔵器の上流(供給側)又は下流(帰還側)へ配置してもよい。インクは適宜な率で循環して第1及び第2のチャンバを適切な充填状態に保って、所望の圧力差(即ち第1のチャンバを充填状態に保つが充填し過ぎることはなく、しかも第2のチャンバの過剰な充填を引き起ことのない圧力差)を維持する。適切な流量率は任意の所与のシステムについて容易に定めることができる。
本発明の貯蔵器は、プリントヘッドが印刷に用いられているときと、プリントヘッドが待機状態にあるきとの両方の場合に、インクの連続的再循環に用いることができる。
第1のチャンバと第2のチャンバとは、好ましくは堰により隔てられる。従って、好ましい実施形態では、第1及び第2のチャンバは並べて配置されて、できる限り単独の部品に一体的に形成され、第1チャンバの移送出口を構成して堰としての機能を果たす開口若しくは通路により接続されており、第1チャンバ内のインクは堰を越えて第2チャンバへ流れる。これは、単純であるが効果的な配置を構成する。
代替的に、第1及び第2チャンバの間の堰に代わって、第1チャンバの移送出口を流体流ライン、例えばチューブにより第2チャンバの入口へ接続してもよく、その入口は好ましくは第2チャンバ内のインクの正常レベルよりも下方、即ち、第2チャンバの帰還出口の垂直下方に位置しており、インクはインクのレベルの下方から第1チャンバから第2チャンバへ流れて、インクが過度に空気を含んだり、或いは気泡を形成したりしないようにする。
第1チャンバは適切に入口を含み、この入口を通じてインクがインク主供給源から供給される。この入口は、好ましくは第1チャンバ内のインクの正常レベルよりも下方、即ち移送出口の垂直下方に位置しており、インクがそのレベルの下方から第1チャンバへ流れて、インクが過度に空気を含んだり、或いは気泡を形成したりしないようにする。第1チャンバの入口は、好ましくは第2チャンバの帰還出口と同じ垂直高さにあり、対照的な配置構成を形成する。このような対照的配置構成が、堰により隔てられた第1及び第チャンバと共に実施形態で用いられると、貯蔵器は両方向に流れるインクと共に使用でき、一定の圧力差及び流れ特性を容易に維持できる。このような配置構成によれば、インク流が反転して、可能な限り短時間間隔で貯蔵器系を反転モードで使用するようにしてもよく、このようにすることはプリントヘッドの保守及び起こり得る何らかの閉塞の清浄に有益である。
第1チャンバは選択的にレベルセンサ手段を具備してもよい。このレベルセンサ手段は第1チャンバへのインクの流量率を調節するために用いられ、インクレベルが低いと検知された場合には、流量率を(循環ポンプの速度を上げることにより)増大して、第1チャンバを移送出口のレベルまで充填し、一方、第1チャンが満杯であり、インクが移送出口を通じて流れると検知された場合には、流量率を低減して、出口を通じるインクの緩慢で一定の流れ(例えば堰を越える)を維持する。
第2チャンバも同様に選択的にレベルセンサ手段を具備してもよい。
チャンバの大きさは、レベルセンサ手段を収容するように増大させる必要があろう。
本発明のインク貯蔵器は、例えば商業的に容易に入手可能な標準的な従来のプリントヘッド及び標準的な従来のインク主供給源に対し、それらに修正を必要とすることなく、共同で使用できる。この貯蔵器は特に、感熱式プリンタと圧電式プリンタを含めて、ドロップ・オン・デマンドプリンタにおける用途にみられる。
本発明のインク貯蔵器は、上述に参照したような複雑な従来技術の配置構成に比べて、小型で軽量に構成でき、適切とあれば、印刷中にプリントヘッドと共に移動するように、従来のプリントヘッドに容易に位置させられる寸法にすることができる。第1チャンバにレベルセンサを有する試作品の貯蔵器は、約30mlのインク容量を持って構成され、その容量は、レベルセンサを省いて且つ第1チャンバの寸法を低減することにより、更に低減することができる。貯蔵器はこのように非常に多用途であり、高生産性製品及び包装用装飾、生産用、PCB、薄型パネルディスプレイ、印刷電子部品、発光ポリマー及び生命工学用途を含めて、産業関係に(但し、これに限定されることなく)特に有益である。
このインク貯蔵器は、当技術分野では公知の任意の適宜な材料で製作してもよく、これは例えば金属、或いは好ましくはプラスチック材料、例えば透明アクリル(例えばPerspex(Perspexは商標))又はアセタール樹脂(例えばDelrin(Delrinは商標))である。Delrinは機械加工が容易であり耐久性がある。
チャンバ内のインクの上方の空隙は封止されており、チャンバ内の空隙の圧力を調整する手段へ接続されている。使用中には、空隙は僅かに負の圧力に適切に維持され、代表的には−25mm HOから数百mm HOの範囲であり、公知の方式によりプリントヘッドノズルにて必要な一定の負圧を生じさせて、「垂れ(drool)」を防止し、プリントヘッドの信頼性のある操作を可能にする。
本発明はインクジェットプリントヘッドへインクを供給するためのインク再循環システムも与え、これは、本発明によるインク貯蔵器と、インク主供給源と、このインク主供給源を貯蔵器の第1チャンバへ接続する第1の流体供給ライン(例えばチューブ)と、第2チャンバの帰還出口をインク貯蔵器へ接続する第2の流体供給ライン(例えばチューブ)と、循環ポンプ、例えば一方の流体供給ラインにおけるポンプとを備える。
インク再循環系は、選択的に温度調整手段を含むことが有益であり、この手段は、インクの温度を制御して、インク温度ひいては粘性を公知の方式により一定に保ち、その公知の方式は例えば、温度制御された流体(例えばウォーター・ジャケット)の流れのためのチャンネルの設備又は電気カートリッジ式ヒーターの設置場所である。加熱又は冷却に関係するところでは、貯蔵器は適宜な熱伝導性材料から構成せねばならない。
本明細書において用いられる用語「インク」とは、インクジェット印刷に適する任意の流体を意味し、これは白黒及び彩色画像印刷のために用いられる彩色インクに限らず、印刷能力を有する材料及び非結像用途に用いられるインクも包含する。本発明は特に粒子状材料を伴うインク、とりわけ高密度粒子(例えば沈殿する傾向のある二酸化チタン)を有するインクに有益である。
本発明は、本発明によるインク貯蔵器を有するインク再循環システムを含むインクジェットプリンタも与える。
本発明は、インク再循環システムにおいて、インク貯蔵器からインクジェットプリントヘッドへのインクの流れをもたらす方法も与え、そのインク再循環システムでは、インクが主供給源からインク貯蔵器の第1チャンバへ供給され、第1チャンバにおける所定の高さを越える第1チャンバからのインクは、インク貯蔵器の第2チャンバへ供給され、第2チャンバにおける所定の高さを越える第2チャンバからのインクは、再循環のためにインク主供給源へ帰還し、その方法は、第2チャンバ内のインクの高さよりも第1チャンバ内のインクの高さが垂直方向に高くなることに起因する圧力差の結果として、インクを第1チャンバから第2チャンバへプリントヘッドを通じて循環させることを含み、その第1チャンバ内のインクの高さは、第1チャンバから第2チャンバへのインクの流路のための第1チャンバにおける移送出口の垂直位置によって定まり、且つ第2チャンバ内のインクの高さは、主供給源への帰還のための第2チャンバにおける帰還出口の垂直位置によって定まる。
本発明について、以下の添付図面を参照する例示として更に説明する。
本発明によるインク再循環システムを例示する概略図である。 本発明による貯蔵器の試作的実施例の斜視図である。 図2の貯蔵器の正面図である。 図3の線Z−Zにおける縦断面図である。 図3の線Y―Yにけるの縦断面である。 図1乃至5の貯蔵器の上面図である。
図面の詳細な説明
図1は本発明によるインク再循環システムを概略的に示し、これは、符号10で概略的に示すプリントヘッド貯蔵器と、符号12で概略的に表されるバルクインク主供給源と、符号14で概略的に表されるプリントヘッドとからなる。
貯蔵器10は、堰20により隔てられた第1のチャンバ16と第2のチャンバ18とで規定されるボディを備え、その堰20は第1チャンバのための移送出口として働いて、第1チャンバ内のインク22のレベルを調節且つ維持する。
第1チャンバ16の基部は、チューブ28を介して第1チャンバからプリントヘッド14の入口26へインクを供給するプリントヘッド出口24を有する。第2チャンバ18の基部は、チューブ34を介してプリントヘッド14の出口32からインクを受け取るためのプリントヘッド入口30を有する。
第1チャンバ16の側壁には、主供給源12からチューブ38を介してインクを受け取るように入口36が設けられており、第2チャンバ18の側壁には、チューブ42を介してインクを主供給源へ帰還させるように、第1チャンバ16の入口36と同じ垂直レベルにて、帰還出口40が設けられている。チューブ38には、システムの周りにインクを循環させるポンプ44が設けられている。
使用中には、ポンプ44により、インクがライン38におけるインク供給源12から第1チャンバ16の入口36へ圧送される。インクは堰20のレベルまでチャンバ16へ充填され、その堰20の1ではインクが堰を越えて第2チャンバ18へ流れる。このインクは第2チャンバに出口40により定まるレベル46まで充填され、出口40から流れるインクはチューブ42を通じて主供給源12へ帰還し、これは代表的には重力の作用によるものであるが、選択的には上記ポンプ44に加えて、或いはそれに代えて、更なるポンプをチューブ42へ設けてもよい。インクは適宜な率で圧送されて、第1及び第2チャンバを適宜に充填された状態に保つように、即ち、第1チャンバが充填状態であるが、満杯ではなく、且つ第2チャンバの溜まり過ぎを引き起こさないように、充分に迅速に保つようにする。代表的な流速は約100 ml/分である。
貯蔵器10及び主供給源12を通じるインクの循環に加えて、インクは更に貯蔵器からプリントヘッド14を通じて循環し、第1チャンバ16からチューブ28を介してプリントヘッド14へ通過すると共に、未使用インクはチューブ34を通じて第2チャンバ18へ戻る。この方向における流れは、圧力差によってもたらされ、その圧力差は、第1チャンバ内のインクが(堰20の垂直位置により定まる)レベル22において、第2チャンバ内のインクの(出口40の垂直位置により定まる)レベル46よりも垂直上方になると共に、堰20が貯蔵器10の使用中の位置における出口40の垂直上方になることに起因している。
システムは封止されており、第1及び第2チャンバ内のインクの上方の空隙は、公知の方式で接続且つ制御されて、小さな一定の負圧(代表的には約−25 mm水柱から数百ミリメートル水柱の範囲)を与えて、信頼性のある操作のためにプリントヘッドノズルにおいて要求される所要一定負圧を維持するようにされている。空隙の存在の更なる利点は、この空隙は、インクの第1チャンバへの圧送から発生する圧脈を減衰させるように働くことである。
このシステムは、プリントヘッドが印刷ために使用される場合と、プリントヘッドが待機状態にある場合との両方において、インクの連続再循環に用いることができる。
図示の貯蔵器は対称的であり、入口36は出口40と垂直高さが同じである。このことは、この貯蔵器システムは、インク流の方向を単純に逆転させることにより、反対方向におけるインク循環に容易に用いることができることを意味する。これは、プリントヘッドの保守、及び発生のおそれがある何らかの閉塞物を洗浄する際に有益である。
このように本発明の配置構成は、単独のプリントヘッド貯蔵器(二つのチャンバを含む)と、単独のポンプ若しくは第1チャンバを充填するための均等な手段と、及びプリントヘッド貯蔵器10とバルクインク主供給源12との間を接続する二本のみのチューブ(一方は入口、他方は出口)だけを必要とするシステムを与える。
図2乃至図6は、図1に示されるインク再循環システムにける使用に適しており、本発明による貯蔵器の試作品の実施例を示す。
図示の貯蔵器は、機械加工された透明アクリル(Perspex)のボディ50を含み、これは、内径30 mmの第1の概ね円筒状のチャンバ52と、内径16mmの第2の概ね円筒状のチャンバ54とを有し、それらのチャンバはそれら間の堰により規定された細長い通路若しくはチャンネル56により接続されている。
入口58が第1チャンバの円筒状側壁を貫いて設けられており、且つ帰還出口60が第2チャンバの円筒状側壁を通っている。
両方のチャンバは、その基部において漏斗状の形態であり、インクの粒子が捕捉されるおそれのある隅部、鋭角、及びデッド・スポットを避けるようにされており、プリントヘッド出口62が第1チャンバの基部を通過し、且つプリントヘッド入口64が第2チャンバの基部を通過している。第1チャンバは(漏斗状基部を除いて)高さ65 mmであり、一方、第2チャンバは(漏斗状基部を除いて)高さ107 mmである。
両方のチャンバの上部縁には溝が付けられており、その溝には、機械加工された透明Perspexの概ね平坦な嵌め合いキャップ(図示せず)が収容されて、取り外し可能な密封方式で固定される、
インクレベルセンサ(図示せず)は第1チャンバ内に設けられるので、第1チャンバは、レベルセンサを収容するために、第2チャンバよりも大径である。
図示の貯蔵器は小型で軽量であり、約30 mlの小さなインク収容能力がある。この貯蔵器は、プリントヘッド、例えばXaar 1001 プリントヘッド(Xaarは商標である)の上部に直接に配置することができる。このインク再循環システム内のインクの総容量は約200 mlである。
ボディ50の後部壁は、貯蔵器の装着を容易にするために、二つの細長いスロット66を含む。
図示の実施例においては、代替的な帰還出口68が帰還出口60に対して同レベル且つ直角をなして、第2チャンバの円筒状側壁を通過するように延長して設けられており、貯蔵器をインク循環システムの別の面に接続可能にされている。使用しない帰還出口(例えば、出口68)は閉鎖されている。

Claims (13)

  1. インクをインクジェットプリントヘッドへ供給するインク再循環システムのための貯蔵器であって、
    インク主供給源からインクを受け取る第1チャンバであり、インクをプリントヘッドへ供給するプリントヘッド出口を有する第1チャンバと、
    移送出口の位置によって定まる第1チャンバ内の所定の高さを越える第1チャンバからのインクを受け取るように、第1チャンバへ流体連通された第2チャンバとを備え、
    第2チャンバは、プリントヘッドから再循環されたインクを受け取るプリントヘッド入口を有すると共に、帰還出口を有し、この帰還出口は、この帰還出口の位置により定まる第2チャンバ内の所定の高さを越えるインクをインク主供給源へ帰還させ、
    前記移送出口は、使用中には、前記帰還出口に関して垂直である貯蔵器。
  2. 請求項1の貯蔵器において、第1チャンバと第2チャンバとが堰により隔てられている貯蔵器。
  3. 請求項1の貯蔵器において、第1チャンバと第2チャンバとが並べて配置されており、第1チャンバの前記移送出口を構成して前記堰として働く開口又は通路により接続されている貯蔵器。
  4. 請求項1,2,又は3の何れか一項に記載の貯蔵器において、第1チャンバが入口を適宜に含み、この入口には前記インク主供給源から供給されたインクが通る貯蔵器。
  5. 請求項4の貯蔵器において、前記入口は前記移送出口の垂直下方である貯蔵器。
  6. 請求項5の貯蔵器において、第1チャンバの前記入口が、第2チャンバの前記帰還出口と同じ垂直高さにある貯蔵器。
  7. 請求項1乃至6の何れか一項に記載の貯蔵器において、第1チャンバにレベルセンサ手段が設けられている貯蔵器。
  8. 請求項1乃至7の何れか一項に記載の貯蔵器において、第2チャンバにレベルセンサ手段が設けられている貯蔵器。
  9. 請求項1乃至8の何れか一項に記載の貯蔵器において、第1及び第2チャンバが密封されていると共に、これらのチャンバ内の空隙における圧力を調節する手段が設けられている貯蔵器。
  10. インクジェットプリントヘッドへインクを供給するためのインク再循環システムであって、
    請求項1乃至9の何れか一項に記載のインク貯蔵器と、
    インク主供給源と、
    前記インク主供給源を前記貯蔵器の第1チャンバへ接続する第1流体供給ラインと、
    第2チャンバの前記帰還出口を前記インク貯蔵器へ接続する第2流体供給ラインと、
    循環ポンプ手段とを備えるインク再循環システム。
  11. 請求項10のインク再循環システムにおいて、インクの温度を制御するための温度調節手段を更に含むインク再循環システム。
  12. 請求項10又は11に記載の前記インク再循環システムを含むインクジxルト・プリンター。
  13. インク再循環システムにおけるインク貯蔵器からインクジェットプリントヘッドへのインクの流れをもたらす方法であって、そのインク再循環システムでは、インクが主供給源からインク貯蔵器の第1チャンバへ供給され、第1チャンバにおける所定の高さを越える第1チャンバからのインクは、インク貯蔵器の第2チャンバへ供給され、第2チャンバにおける所定の高さを越える第2チャンバからのインクは、再循環のために前記インク主供給源へ帰還するようにされており、
    前記方法は、
    第2チャンバ内のインクの高さよりも第1チャンバ内のインクの高さが垂直方向に高くなることに起因する圧力差の結果として、インクを第1チャンバから第2チャンバへ前記プリントヘッドを通じて循環させることを含み、
    第1チャンバ内のインクの高さは、第1チャンバから第2チャンバへのインクの流路のための第1チャンバにおける移送出口の垂直位置によって定まると共に、
    第2チャンバ内のインクの高さは、前記主供給源への帰還のための第2チャンバにおける帰還出口の垂直位置によって定まる方法。
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