JP2012066422A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インクビームの調整時、及び、インク吐出異常（インクビーム曲がり、インク詰まり等）発生時のメンテナンス作業性を向上するための流路制御機構を備えた複数ノズルを有するインクジェット記録装置を提供する。
【解決手段】印字対象物に印字をするためのインクが収容されるインク容器１８と、インク容器１８に接続され、インクが吐出される複数のノズルと、インク容器１８から複数のノズルに接続される分岐経路３２と、分岐経路３２から複数のノズルに接続される配管上に設置された流路制御弁４０ａ，４０ｂと、ノズルから吐出されて印字に使用されるインクが帯電される帯電電極と、帯電電極で帯電されたインクが偏向される偏向電極と、印字に使用されないインクが回収されるガターと、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、インク粒子を連続的に噴出する複数のノズルを持つインクジェット記録装置に関する。

インクジェット記録装置では、装置内に備えられているインクを保持するインク容器内のインクを吸引し、ポンプ等の加圧手段によって加圧し、複数のノズルからインクを吐出させて粒子化し、必要に応じて粒子に帯電させて印字に使用し、印字に使用しなかったインク粒子は回収してインク容器に戻す構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、ノズルから吐出されているインクビームの位置（ノズル中心軸方向）を調整する機構を備えていることも知られており、ノズルから溶剤（または、インク）を吐出させた状態でインクビームがガターの穴の中心に入るように調整させるものが一般的である（例えば、特許文献２参照）。

特表平４−５０２２９０号公報 特開２００９−２０２５８２号公報

このようなインクジェット記録装置では、ノズルが複数ある場合、インクビームの位置調整時に全てのノズルから溶剤（または、インク）が吐出されている状態で複数のインクビームの位置を同時に調整することは困難である。

さらに、インクビームの調整時に、インクビームの位置調整の不要なノズルからも溶剤を吐出させ続けた場合、ガターから回収された溶剤はインク容器に回収されるため、印字に使用するインク濃度の低下、さらには印字不良に繋がってしまう可能性がある。

また、ノズルにごみが詰まり正常にインクが吐出できない場合、ノズル穴に洗浄液を噴きかけ、ポンプ等の吸引力を利用しノズル穴から溶剤を吸引し洗浄し修復する方法（以下、逆洗浄）が知られているが、ノズルが複数ある場合にはポンプ等の吸引力が分散し、ノズルの洗浄効率が悪くなる可能性がある。

そこで、本発明の目的は、インクビームの調整時、及び、インク吐出異常（インクビーム曲がり、インク詰まり等）発生時のメンテナンス作業性を向上するための流路制御機構を備えた複数ノズルを有するインクジェット記録装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、例えば、印字対象物に印字をするためのインクが収容されるインク容器と、前記インク容器に接続され、インクが吐出される複数のノズルと、前記インク容器から複数のノズルに接続される分岐経路と、前記分岐経路から前記複数のノズルに接続される配管上に設置された流路制御弁と、前記ノズルから吐出されて印字に使用されるインクが帯電される帯電電極と、前記帯電電極で帯電されたインクが偏向される偏向電極と、印字に使用されないインクが回収されるガターと、を備えるという構成をとる。

本発明によれば、例えば、流路制御弁を用いることによりインクビームの調整時に１つのノズルからのみ溶剤（または、インク）を吐出させることができる。このためインクビームの調整を複数のノズル同時に行う必要がなくなり、メンテナンス作業性が向上する。また、複数のノズルから同時に溶剤を吐出させた場合と比べ、インクビームの調整時に使用する溶剤量を低減することができ、インクビームの調整時に使用した溶剤をインク容器に回収することにより発生するインク濃度の低下も防止することが可能となる。

また、本発明によれば、例えば、流路制御弁を用いることにより逆洗浄時にポンプ等の吸引力を１つのノズルに集中させることができ、洗浄効率を向上させることが可能である。

インクジェット記録装置本体および印字ヘッド外観を示す斜視図である。 インクジェット記録装置の原理を示す斜視図である。 インクジェット記録装置の使用状態を示す斜視図である。 本発明によるインクジェット記録装置の経路構成を示す図である。 インクジェット記録装置の機能ブロック図である。 印字ヘッド外観を示す斜視図である。 本発明による印字ヘッド内部構造を示す斜視図である。 本発明の第二の実施例におけるインクジェット記録装置の経路構成を示す図である。 本発明の第二の実施例における印字ヘッド内部構造を示す斜視図である。 本発明の第二の実施例における印字ヘッド内部構造（片側のノズルへ繋がる流路を閉じた状態）を示す斜視図である。 本発明の第三の実施例におけるインクジェット記録装置の経路構成を示す図である。 本発明の第三の実施例における印字ヘッド内部構造を示す斜視図である。 本発明の第三の実施例における流路制御三方弁の内部構成（弁全開時）の概略を示す断面図である。 本発明の第三の実施例における流路制御三方弁の内部構成（弁片側閉時）の概略を示す断面図である。

以下において、本実施例につき図面を用いて詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（記録装置外観の構成）
図１は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。

（記録装置の動作原理）
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のインクジェット記録装置の使用状態を示す斜視図に示すように、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。

印字に使用され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により捕捉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。

（記録装置の使用状態説明）
次に、インクジェット記録装置１００の実際の使用状態の一例を図３に示す。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。

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。

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。

（記録装置の制御部説明）
図５はインクジェット記録装置１００の機能ブロック図であり、インクジェット記録装置１００には上記したように例えばＭＰＵを備える制御部２００が備えられ、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、圧力センサ３１、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。

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。

（本発明における記録装置の構成）
図４は、本発明における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。また、図６、図７はインクジェット記録装置の印字ヘッド２構造の一例を示している。図６は印字ヘッドカバー５０が装着された状態を、図７は印字ヘッドカバー５０が外された状態を示している。

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、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（インク供給用）２５に接続されている。そして、ポンプ（インク供給用）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インクフィルタ２８に接続されている。

インクフィルタ２８は、経路１０５を介してポンプ（インク供給用）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に接続されている。

減圧弁３０は、導管４内をとおる経路１０７を介して三方弁３１に接続されており、経路１０８を介して分岐経路３２に接続されている。

分岐経路３２は、経路３２ａ及び経路３２ｂを介し印字ヘッド２内に備えられた流路制御弁４０ａ及び４０ｂに接続され、流路制御弁４０ａ及び４０ｂはインクを吐出する吐出口を供えたノズル８ａ及びノズル８ｂに接続されている。

ノズル８ａ及び８ｂのインク吐出方向には、ノズル８ａ及び８ｂから吐出されたインク粒子１０ａ及び１０ｂ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１１ａ及び１１ｂが配置されている。帯電電極１１ａ及び１１ｂにより帯電させられたインク粒子１０ａ及び１０ｂの飛翔方向には、帯電されたインク粒子１０ａ及び１０ｂを偏向させる電界を発生させる偏向電極１２ａ及び１２ｂが配置されている。

偏向電極１２ａ及び１２ｂ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１０ａ及び１０ｂを捕捉するガター１４ａ及び１４ｂが配置されている。ガター１４ａ及び１４ｂは、経路３３ａ及び３３ｂを介し合流経路３３に接続されている。合流経路３３は、導管４内を通る経路１１０に接続されており、経路１１０は、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回収フィルタ２９と接続されており、回収フィルタ２９は、経路１１１を介してガター１４により補足されたインク粒子１０ａ及び１０ｂを吸引するポンプ（インク回収用）２６と接続されている。そして、ポンプ（インク回収用）２６は、経路１１２を介して吸引したインク粒子１０ａ及び１０ｂを主インク容器１８に回収する。

また、本体１には、ノズル８ａ及び８ｂで生じるインクによる汚染の解消及びインクの濃度を調整するための溶剤を収容する溶剤容器２０が備えられており、溶剤容器２０は、経路１１３を介して溶剤の吸引、圧送を行うポンプ（溶剤供給用）２７に接続されている。また、ポンプ（溶剤供給用）２７は、経路１１４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１１５を介して三方弁３１に接続されている。三方弁３１は、主インク容器１８内のインクをノズル８ａ及び８ｂへ供給するか、または、溶剤容器２０内の溶剤をノズル８ａ及び８ｂへ供給するか、を切り替えることができる。

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。

ノズル８ａ及び８ｂは、分岐経路３２等を介してインクを循環させるための経路１１６に接続されている。経路１１６は、経路の開閉を行う電磁弁３４に接続されており、電磁弁３４は、経路１１７を介して経路内のインクを吸引、圧送するためのポンプ（インク循環用）３５に接続されている。そして、ポンプ（インク循環用）３５は、経路１１８を介して主インク容器１８に接続されている。

（本発明における記録装置の動作）
本実施例のようなインクジェット記録装置１００では、ノズル８ａ及び８ｂの穴径は３０〜１５０μｍ程度であり、直径１０μｍ以上のごみ等が流入するとノズル８ａまたは８ｂから吐出されるインクビーム３６ａまたは３６ｂが曲がり、ガター１４ａまたは１４ｂの穴中央に入らなくなる場合がある。このような現象を「ビーム曲がり」と呼ぶ。ビーム曲がりが発生すると、正常な印字ができなくなる、または、印字ヘッド内部が汚れる、等、さまざまな異常に繋がる可能性がある。

ビーム曲がり発生時の修復方法は、例えばノズル８ａがビーム曲がりを起こした場合、流路制御弁４０ａと電磁弁３４を開放し、流路制御弁４０ｂを閉止し、ポンプ（インク循環用）３５を動かした状態で、ノズル８ａのインク吐出穴に洗浄瓶等にて洗浄液をかけて、洗浄液を吸引してノズル８ａ内部を洗浄しごみ等を取り除く方法がある。このようなノズル洗浄方法を「ノズル逆洗浄」と呼ぶ。

流路制御弁４０ａ、４０ｂを用いることによりノズル逆洗浄時にポンプ等の吸引力を１つのノズルに集中させることができ、洗浄効率を向上させることが可能である。

また、メンテナンス時にノズル８ａまたは８ｂを取り外し、再取り付けした場合には、インクビーム３６ａまたは３６ｂがガター１４ａまたは１４ｂの穴中央に入らない可能性があり、そのような場合には印字ヘッド２に備えられているビーム位置調整機構を用い、インクビーム３６ａ及び３６ｂがガター１４ａ及び１４ｂの穴中央に入るように調整する必要がある。これを「インクビーム調整」と呼ぶ。インクビーム調整は、印字ヘッド２及び周辺環境をインクで汚さないようにするために、溶剤容器２０内の溶剤をノズル８ａまたは８ｂから吐出した状態で、インクビーム３６ａまたは３６ｂの位置を調整する。

経路上に流路制御弁４０ａ、４０ｂを備えることによりインクビーム３６ａ及び３６ｂ調整時に１つのノズル８ａまたは８ｂからのみ溶剤（または、インク）を吐出させることができる。このためインクビーム３６ａ及び３６ｂの調整を複数のノズル同時に行う必要がなくなり、メンテナンス作業性が向上する。

また、複数のノズルから同時に溶剤を吐出させた場合と比べ、インクビーム調整時に使用する溶剤量を低減することができ、インクビーム調整時に使用した溶剤を主インク容器１８に回収することにより発生するインク濃度の低下も防止することが可能となる。

本実施例に用いた流路制御弁４０ａ及び４０ｂは、電磁弁、ピンチバルブ、ボールバルブ、等を用いて実現することができる。

（実施例２における記録装置の構成）
本発明による第二の実施例のインクジェット記録装置の構成について、図８の第二の実施例におけるインクジェット記録装置の経路構成を示す図、及び、図９、図１０の本発明の第二の実施例における印字ヘッド内部構造を示す図を用いて、実施例１との共通部分についての説明は省略し、本実施例の詳細部分について特に詳細に説明する。

本体１内の主インク容器１８は、導管４内の経路１０７等を介し印字ヘッド２内の三方弁３１に接続されており、経路１０８を介して分岐経路３２に接続されている。

分岐経路３２は、流路開閉経路６０ａ及び６０ｂに接続され、流路開閉経路６０ａ及び経路６０ｂはインクを吐出する吐出口を供えたノズル８ａ及びノズル８ｂに接続されている。

流路開閉経路６０ａ及び６０ｂには内径２ｍｍのチューブを用いており、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、材料に耐溶剤特性の高い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。

（流路開閉方法）
流路開閉経路６０ａ及び６０ｂの流路開閉方法を、図９、図１０の本発明の第二の実施例における印字ヘッド内部構造を示す図を用いて説明する。

まず図９は、ノズル８ａ及び８ｂからインクビーム３６ａ及び３６ｂが吐出している状態を示している。

そして図１０のように、流路開閉経路６０ａを閉止したい場合は、工具６１で流路開閉経路６１ａを挟み込み経路を塞ぐことができ、経路１０８からノズル８ａへのインク（または溶剤）の供給を停止することができる。この流路開閉経路６０ａ（及び６０ｂ）は圧縮復元性を持つため、工具６１を取り外すと、図９のように再びノズル８ａにインク（または溶剤）を供給できる。

これらの構成とすることで、実施例１と同様の効果をより簡単な構成にて実現することができる。

（実施例３における記録装置の構成）
本発明による第三の実施例のインクジェット記録装置の構成について、図１１の本発明の第三の実施例におけるインクジェット記録装置の経路構成を示す図、及び、図１２の本発明の第三の実施例における印字ヘッド内部構造を示す図を用いて、実施例１との共通部分についての説明は省略し、本実施例の詳細部分について特に詳細に説明する。

本体１内の主インク容器１８は、導管４内の経路１０７等を介し印字ヘッド２内の三方弁３１に接続されており、経路１０８を介して流路制御三方弁７０に接続されている。

流路制御三方弁７０は、経路９０ａ及び９０ｂに接続され、経路９０ａ及び９０ｂはインクを吐出する吐出口を供えたノズル８ａ及びノズル８ｂに接続されている。

（流路制御三方弁７０の構成）。

流路制御三方弁７０の構成及び動作原理を図１３、及び図１４を用いて説明する。

流路制御三方弁７０には、経路１０８に接続されるベース内経路９１と、経路９０ａに接続されるベース内経路９２ａと、経路９０ｂに接続されるベース内経路９２ｂと、を設けたベース８１が備えられている。ベース８１の内側には、インレット内経路９３、９４ａ及び９４ｂ、分岐経路９５とを設けたインレット８２が備えられている。ベース８１とインレット８２の間にはシール材８３〜８６が備えられている。

（流路制御三方弁７０の動作）
ベース８１を基準としてインレット８２は特定の方向に回転することができる。

インク（または溶剤）をノズル８ａ及び８ｂの両方に供給したい場合、図１３のように、ベース内経路９１とインレット内経路９３が接続されており、さらにベース内経路９２ａとインレット内経路９４ａが接続されており、さらにベース内経路９２ｂとインレット内経路９４ｂが接続された位置で、ベース８１とインレット８２は固定されている。この時、ベース８１とインレット８２の経路間はシール材８３〜８５によりシールされている。

そして例えば、ノズル８ａへのインク（または溶剤）供給を停止したい場合は、図１４のように、インレット８２を回転させて、ベース内経路９１とインレット内経路９４ａを接続され、さらにインレット内経路９３とベース内経路９２ｂが接続された状態で固定されている。この時、ベース８１とインレット８２の経路間はシール材８３〜８６によりシールされている。

これらの構成とすることで、実施例１と同様の効果をより簡単な構成にて実現することができる。

１００：インクジェット記録装置、２００：制御部、
１：本体、２：印字ヘッド、３：操作表示部、４：導管、７：インク柱、８，８ａ，８ｂ：ノズル、９：電歪素子、１０：インク粒子、１１，１１ａ，１１ｂ：帯電電極、１２，１２ａ，１２ｂ：偏向電極、１３：印字対象物、１４，１４ａ，１４ｂ：ガター、１５：ベルトコンベア、１６：エンコーダ、１７：印字センサ、１８：主インク容器、１９：補助インク容器、２０：溶剤容器、２１：粘度測定器、２２：電磁弁、２３：電磁弁、２４：電磁弁、２５：ポンプ（インク供給用）、２６：ポンプ（インク回収用）、２７：ポンプ（溶剤供給用）、２８：インクフィルタ、２９：回収フィルタ、３０：減圧弁、３１：三方弁、３２：分岐経路、３２ａ，３２ｂ：分岐後経路、３３：合流経路、３３ａ，３３ｂ：合流前経路、３４：電磁弁、３５：ポンプ（インク循環用）、３６，３６ａ，３６ｂ：インクビーム、４０ａ，４０ｂ：流路制御弁、５０：印字ヘッドカバー、
６０ａ，６０ｂ：流路開閉経路、６１：工具、
７０：流路制御三方弁、８１：ベース、８２：インレット、８３〜８６：シール材、９１：ベース内経路、９２ａ，９２ｂ：ベース内経路、９３：インレット内経路、９４ａ，９４ｂ：インレット内経路、９５：分岐経路
１０２〜１０５，１０７，１０８，１１０〜１１８，１２０，１２１：経路

Claims (7)

1. 印字対象物に印字をするためのインクが収容されるインク容器と、
   前記インク容器に接続され、インクが吐出される複数のノズルと、
   前記インク容器から複数のノズルに接続される分岐経路と、
   前記分岐経路から前記複数のノズルに接続される配管上に設置された流路制御弁と、
   前記ノズルから吐出されて印字に使用されるインクが帯電される帯電電極と、
   前記帯電電極で帯電されたインクが偏向される偏向電極と、
   印字に使用されないインクが回収されるガターと、
   を備えるインクジェット記録装置。
2. 請求項１記載のインクジェット記録装置において、前記流路制御弁が電磁弁であることを特徴とするインクジェット記録装置。
3. 請求項１記載のインクジェット記録装置において、前記流路制御弁がピンチバルブであることを特徴とするインクジェット記録装置。
4. 請求項１記載のインクジェット記録装置において、前記流路制御弁がボールバルブであることを特徴とするインクジェット記録装置。
5. 印字対象物に印字をするためのインクが収容されるインク容器と、
   前記インク容器に接続され、インクが吐出される複数のノズルと、
   前記インク容器から複数の前記ノズルへ接続される分岐経路と、
   前記ノズルから吐出されて印字に使用されるインクが帯電される帯電電極と、
   前記帯電電極で帯電されたインクが偏向される偏向電極と、
   印字に使用されないインクが回収されるガターと、
   を備えたインクジェット記録装置において、
   前記分岐経路から前記ノズルへ接続される配管に耐溶剤性を有する弾性体チューブを用いたことを特徴とするインクジェット記録装置。
6. 印字対象物に印字をするためのインクが収容されるインク容器と、
   前記インク容器に接続され、インクが吐出される複数のノズルと、
   前記インク容器から複数の前記ノズルへ接続される流路制御三方弁と、
   前記ノズルから吐出されて印字に使用されるインクが帯電される帯電電極と、
   前記帯電電極で帯電されたインクが偏向される偏向電極と、
   印字に使用されないインクが回収されるガターと、
   を備えたインクジェット記録装置。
7. 請求項６記載のインクジェット記録装置において、前記流路制御三方弁は、複数のノズルの内、少なくとも１個のノズルへのインク供給を停止できることを特徴とするインクジェット記録装置。

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