JP2013028040A - 循環式インクジェット装置、及び循環式インクジェット装置の調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】種々のインクを、高精度かつ安定的に吐出可能な循環式インクジェット装置、及び循環式インクジェット装置の調整方法を提供すること。
【解決手段】循環式インクジェット装置は、インクジェットヘッドと、供給インクタンクと、回収インクタンクと、を備える。この循環式インクジェット装置は、第１配管と、第２配管と、第１圧力センサと、第２圧力センサと、を備える。第１配管は、供給インクタンクに接続された第１主配管と、第１主配管から分岐し、インクジェットヘッドに接続された複数の第１副配管と、を有する。第２配管は、回収インクタンクに接続された第２主配管と、第２主配管から分岐し、インクジェットヘッドに接続された複数の第２副配管と、を有する。第１圧力センサは、供給インクタンクから最下流端に位置するインクジェットヘッド近傍の第１副配管に設置される。第２圧力センサは、インクジェットヘッド近傍の第２主配管に設置される。
【選択図】図１

Description

ここに開示された技術は、インク循環型のインクジェットヘッドを用いて微小液滴を吐出する機能を有する循環式インクジェット装置、及び循環式インクジェット装置の調整方法に関する。

ヘッドに接続される第１インクタンクおよびインクを貯溜する第２インクタンクを備え、第２インクタンク内のインクはポンプにより第１インクタンクに断続的に供給され、圧力調整機構により第２インクタンク内を減圧することにより、第１インクタンクからヘッドを経由して第２インクタンクへとインクが連続的に戻され、インクの循環開始後、圧力調整機構が有する減圧ポンプおよび気体導入機構を制御することにより、インクの連続的な流入および断続的な流出による第２インクタンク内の圧力変動が低減され、ヘッドの吐出口におけるインクの圧力変動を抑制できるインクジェット装置が知られている。

特開２００９−２８５８４６号公報

インクジェットヘッドで、インクを高精度に吐出するためには、インクを吐出するために設けられたノズル穴におけるインクの液面の形状（「メニスカス」とも言う）を適正に保持することが非常に重要である。そのためには、インクジェットヘッド内の圧力を高精度に制御することが必要である。

さらに、固形成分を含むインクを用いる場合、インクを停滞させると、固形成分の凝集や沈降などが生じてしまう。この場合、インクを常に一定流速で循環させておくことが好ましいが、この場合、インクジェットヘッド内に大きな圧力変動を引き起こす要因になる。

そのような外乱に対しても、インクジェットヘッド内の圧力を高精度に制御することが重要である。

ここに開示された技術は、凝集や沈降が懸念される固形成分を含むインクをはじめとする各種物性を有するインクを、高精度かつ安定的に吐出可能な循環式インクジェット装置、及び循環式インクジェット装置の調整方法を提供することにある。

上記目的は、
インクジェットヘッドと、供給インクタンクと、回収インクタンクと、を備え、
インクが前記供給インクタンク、前記インクジェットヘッド、前記回収インクタンクの順に循環する循環式インクジェット装置であって、
前記供給インクタンクから前記インクジェットヘッドへ前記インクを供給するための第１配管と、
前記インクジェットヘッドから前記回収インクタンクに前記インクを回収するための第２配管と、
前記インクジェットヘッドへ供給されるインクの圧力を検出する第１圧力センサと、
前記インクジェットヘッドから回収されるインクの圧力を検出する第２圧力センサと、を備え、
前記第１配管は、前記供給インクタンクに接続された第１主配管と、前記第１主配管から分岐し、前記インクジェットヘッドに接続された複数の第１副配管と、を有し、
前記第２配管は、前記回収インクタンクに接続された第２主配管と、前記第２主配管から分岐し、前記インクジェットヘッドに接続された複数の第２副配管と、を有し、
前記第１圧力センサは、前記第１インクタンクから最下流端に位置する前記インクジェットヘッド近傍の前記第１副配管に設置され、
前記第２圧力センサは、前記インクジェットヘッド近傍の前記第２主配管に設置された、循環式インクジェット装置によって達成される。

種々のインクを、高精度かつ安定的に吐出可能な循環式インクジェット装置、及び循環式インクジェット装置の調整方法を提供することができる。

第１実施形態の循環式インクジェット装置の全体構成を説明するための図 第２実施形態の循環式インクジェット装置の全体構成を説明するための図

以下、図面を参照しながら、本発明にかかる実施形態について説明する。

〔第１実施形態〕
以下に、第１実施形態における循環式インクジェット装置について説明する。

＜循環式インクジェット装置の構成＞
図１は第１実施形態の循環式インクジェット装置の全体構成を説明するための図である。

循環式インクジェット装置１は、複数のインクジェットヘッド２ａ〜２ｅ、供給インクタンク３、回収インクタンク４、第１圧力センサ５、第２圧力センサ６、タンク間循環用ポンプ１０、第１圧力調整装置２１、第２圧力調整装置２２、インクタンク内圧力制御システム２３、インク供給配管３１、および、インク回収配管４１とを備える。

供給インクタンク３からインクジェットヘッド２のインク入口にインクが送りこまれ、インクジェットヘッド２のインク出口から回収タンク４にインクが引き出される。タンク間循環用ポンプ１０により、回収インクタンク４から供給インクタンク３にインクが送り込まれる。

タンク間循環用ポンプ１０には、ダイヤフラムポンプを用いているが、遠心渦巻きポンプやチューブポンプであってもよい。

（インクジェットヘッド）
インクジェットヘッド２は、インク入口とインク出口、インクを微少量ずつ吐出し可能なノズル部、および内部にインク入口からインク出口へのインクの流路を有する。インクジェットヘッド２は、ピエゾ素子に電圧を加え歪ませ、そのピエゾ素子で構成したインク室に発生する圧力波を利用してインクを押し出す。そして、ノズル部は、インクジェットヘッド２内のインクを微少量ずつ吐出する。

（供給インクタンク、回収インクタンク）
供給インクタンク３および回収インクタンク４は、攪拌装置７、液面センサ８および温度センサ９を備えている。供給インクタンク３および回収インクタンク４は、インクの貯蔵や攪拌およびインク温度の調整等を行う。供給インクタンク３からインクジェットヘッド２のインク入り口にインクが送り込まれ、インクジェットヘッド２のインク出口から回収インクタンク４にインクが引き出される。

攪拌装置７はインクを攪拌する。これにより、インク中に含まれる固形成分の沈降や凝集を防ぐ。

また、液面センサ８は供給インクタンク３および回収インクタンク４の液面を管理する。これにより、供給インクタンク３および回収インクタンク４内の水頭圧を一定に保ち、圧力変動を抑制する。

さらに、温度センサ９と供給インクタンク３および回収インクタンク４の外部に設置された温度調節器により、供給インクタンク３および回収インクタンク４内のインク温度が一定に保たれる。これにより、インクの流速の変化による圧力変動を抑制する。

インクジェットヘッド２内の圧力制御は、供給インクタンク３および回収インクタンク４により行われる。

供給インクタンク３は、インク入口にインクを送り込む圧力を発生する。インクジェットヘッド２のインク入口側の圧力が制御される。さらに、回収インクタンク４は、インク出口からインクを引き出す圧力を発生する。インクジェットヘッド２のインク出口側の圧力が制御される。これにより、インクジェットヘッド２内の圧力変動を制御することができ、より高精度なメニスカスコントロールが可能となる。

（循環システム）
インク供給配管３１およびインク回収配管４１は、供給インクタンク３、インクジェットヘッド２、回収インクタンク４、タンク間循環用ポンプ１０をこの順に通ってインクが循環する経路を形成する。

（圧力センサ）
第１圧力センサ５は、供給インクタンク３から最下流端に位置するインクジェットヘッド２ｅ近傍の第１副配管３２ｅに設置される。第１圧力センサ５を最下流に位置する第１副配管３２ｅに設置する理由は以下の通りである。

インクは、供給インクタンク３からインクジェットヘッド２へ向かって送り出される。送り出されたインクは、上流側に位置する第１副配管３２ａ、３２ｃ、３２ｄ、・・・の順にそれぞれの副配管に送り込まれ、最後に第１副配管３２ｅに送り込まれる。インク内の気泡を確実に検出するためには、第１副配管３２ａ〜３２ｅ全てに圧力センサを設置するのが好ましい。しかし、このような構成にすると、部品数が増え、装置自体が大型化してしまう。そこで本実施形態では、最下流に位置するインクジェットヘッド２ｅ近傍の第１副配管３２ｅに第１圧力センサを設置している。これは、供給インクタンク３からインクジェットヘッド２に送り出されるインクに供給遅れが発生した場合、最下流に位置する第１副配管３２ｅ内に、最初に気泡が発生するためである。したがって、最下流に位置するインクジェットヘッド２ｅ近傍の第１副配管３２ｅに第１圧力センサ５を設置することで、部品点数を増やしたり、装置自体を大型化することなく、インク内の気泡を検出することができる。

第２圧力センサ６は、インクジェットヘッド２ｅ近傍の第２主配管４１に設置される。第２主配管４１には、インクヘットヘッド２ａ〜２ｅから回収されるインクがまとめて送り込まれる。第２主配管４１に送り込まれたインクに気泡が発生した場合は、インクジェットヘッド２ａ〜２ｅのいずれかのヘッドで気泡が発生している可能性がある。したがって、第２主配管４１に第２圧力センサ６を設置することで、インクジェットヘッド２ａ〜２ｅのいずれかで不具合が発生しても、その不具合を確実に検出することができる。

第１圧力センサ５と、第２圧力センサ６は、前記インクジェットヘッド２のノズルから同じ高さに設置される。

第１圧力センサ５は、供給インクタンク３からインクジェットヘッド２ｅに送り込まれるインクの圧力を測定する。第２圧力センサ６は、インクジェットヘッド２から回収インクタンク４に引き出されるインクの圧力を測定する。

（インクタンク内圧力制御システム）
インクタンク内圧力制御システム２３は、第１圧力センサ５による測定結果および第２圧力センサ６による測定結果に基づき、第１圧力調整装置２１および第２圧力調整装置２２の動作を制御する。

したがって、インク流速やインクジェットヘッド２の駆動条件の変化による圧力変動の影響を受けることなく、安定したインクジェットヘッド２内の圧力（メニスカス）コントロールが可能となる。

（インク）
インクは、固形成分を含むインクである。

＜インクジェット装置の調整方法＞
インクジェットヘッド２内に気泡が混入すると、吐出精度に影響を与える。しかし、配管内を流れる、固形成分を含むインクに混入した気泡を、目視で確認するのは困難である。

第１圧力センサ５は、供給インクタンク３からインクジェットヘッド２ｅに送り込まれるインクの圧力を測定する。第２圧力センサ６は、インクジェットヘッド２から回収インクタンク４に引き出されるインクの圧力を測定する。これにより、インクジェットヘッド２へのインク供給遅れやノズルからの空気引き込みによってインク中に混入する気泡を、第２圧力センサ６の圧力値が示す極短周期の変動で検出することができる。

インクタンク内圧力制御システム２３は、第１圧力センサ５による測定結果および第２圧力センサ６による測定結果に基づき、第１圧力調整装置２１および第２圧力調整装置２２の動作を制御する。これにより、安定したインクジェットヘッド２内の圧力（メニスカス）コントロールが可能となる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態を説明する。図２に、第２実施形態の構成を示す。

第２実施形態は、第１実施形態の変形例であり、その基本的構成は第１実施形態と同様である。したがって、以下に、第１実施形態とは異なる部分を主に説明し、共通する部分の説明を省略する。

本実施形態では、インクジェットヘッド２から吐出されるインクを受け止め可能なインク受け部５１を備えている。インク受け部５１は、第１圧力センサ５または第２圧力センサ６が検知するインク圧力の値に応じて、インクジェットヘッド２のインク吐出方向に配置される第１状態と、第１状態とは異なる位置に配置される第２状態とを切り替え可能である。第１状態とは、ノズル近傍にインク受け部５１を設置することである。

第２圧力センサ６が、定常状態の圧力と異なるインク圧力を検知した場合、インクジェットヘッド２からの吐出を停止し、インク受け部５１を第２状態から第１状態へと切り替える。第１状態とは、ノズル近傍にインク受け部５１を設置することである。第２状態とは、インクジェットヘッド２から離れた位置に、インク受け部５１を設置することである。次に、第２圧力センサ６が検知するインク圧力を、一旦、設定循環圧力値よりも絶対値が小さくなるように調整し、その後、設定循環圧力値へと復帰させる。ノズル近傍にインク受け部５１を設置することで、圧力調整中に、ヘッド圧力が正圧になった場合でも、塗布対象物へのインク垂れを防ぎながら、気泡の混入を止めることができる。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態を説明する。

第３実施形態は、第２実施形態の変形例であり、その基本的構成は第２実施形態と同様である。したがって、以下に、第１実施形態とは異なる部分を主に説明し、共通する部分の説明を省略する。

以下、インク圧力の検出方法について説明する。ここで、第１圧力センサ５が検知するインク圧力をＰｉｎとし、第２圧力センサ６が検知するインク圧力をＰｏｕｔとする。

まず、第２圧力センサ６で第２主配管４１内のインク圧力Ｐｏｕｔを測定する。第２圧力センサ６が、定常状態の圧力と異なるインク圧力Ｐｏｕｔを検知した場合、インクジェットヘッド２からの吐出を停止する。そして、インク圧力Ｐｏｕｔの値が設定循環圧力値よりも絶対値が小さくなるように調整する。その後、インク圧力Ｐｉｎ、および、インク圧力Ｐｏｕｔを設定循環圧力値へと復帰させる際に、（Ｐｉｎ＋Ｐｏｕｔ）／２＝−１．５±１．０［ｋＰａ］を満たすように保持する。上記関係式を保つようにインク圧力Ｐｉｎとインク圧力Ｐｏｕｔを調整することで、ノズルからのインク漏れを防ぎながら気泡の混入を止めることができる。

インク受け部５１は、第２状態から第１状態へと切り替えることで、インク漏れが起こった場合でも、印刷対象物に付着するのを防ぐことができる。

〔実施形態の特徴〕
上記実施形態において特徴的な部分を以下に列記する。なお、上記実施形態に含まれる発明は、以下に限定されるものではない。また、各特徴について記載された効果を得るためは、記載された特徴以外の構成は変形または削除されてもよい。

［Ｆ１］
循環式インクジェット装置は、インクジェットヘッド２と、供給インクタンク３（第１インクタンクの一例）と、回収インクタンク４（第２インクタンクの一例）と、を備える。この循環式インクジェット装置は、インクが供給インクタンク３、インクジェットヘッド２、回収インクタンク４の順に循環する循環式インクジェット装置である。この循環式インクジェット装置は、第１配管と、第２配管と、第１圧力センサ５と、第２圧力センサ６と、を備える。第１配管は、供給インクタンク３からインクジェットヘッド２へインクを供給するための配管である。第２配管は、インクジェットヘッド２から回収インクタンク４にインクを回収するための配管である。第１圧力センサ５は、インクジェットヘッド２へ供給されるインクの圧力を検出する。第２圧力センサ６は、インクジェットヘッド２から回収されるインクの圧力を検出する。

第１配管は、供給インクタンク３に接続された第１主配管３１と、第１主配管３１から分岐し、インクジェットヘッド２に接続された複数の第１副配管３２ａ〜３２ｅと、を有する。

第２配管は、回収インクタンク４に接続された第２主配管４１と、第２主配管４１から分岐し、インクジェットヘッド２に接続された複数の第２副配管４２ａ〜４２ｅと、を有する。

第１圧力センサ５は、供給インクタンク３から最下流端に位置するインクジェットヘッド２ｅ近傍の第１副配管３２ｅに設置される。第２圧力センサ６は、インクジェットヘッド２ｅ近傍の第２主配管４１に設置される。

これは、第１実施形態に対応している。

これにより、種々のインクを、高精度かつ安定的に吐出可能な循環式インクジェット装置を提供することができる。

［Ｆ２］
Ｆ１に記載の循環式インクジェット装置において、第１圧力センサ５と、第２圧力センサ６は、インクジェットヘッド２のノズル面から同じ高さに設置される。

［Ｆ３］
Ｆ１に記載の循環式インクジェット装置は、インクジェットヘッド２から吐出されるインクを受け止め可能に設けられたインク受け部５１をさらに備える。

インク受け部５１は、第１圧力センサ５または第２圧力センサ６が検知するインク圧力の値に応じて、インクジェットヘッド２のインク吐出方向に配置される第１状態と、前記第１状態とは異なる位置に配置される第２状態とを切り替え可能である。

これは、第２実施形態に対応している。

これにより、Ｆ１の効果をより大きくことができる。

［Ｆ４］
Ｆ１〜２に記載の循環式インクジェット装置において、インクは、固形成分を含むインクである。

［Ｆ５］
Ｆ１〜４のいずれかに記載の循環式インクジェット装置のインク圧力を調整するための調整方法は以下の通りである。まず、第２圧力センサ６が、定常状態の圧力と異なるインク圧力を検知した場合、インクジェットヘッド２からの吐出を停止する。そして、インク受け部５１を第２状態から第１状態へと切り替える。

これは、第２実施形態に対応している。

これにより、種々のインクを、高精度かつ安定的に吐出可能な循環式インクジェット装置の調整方法を提供することができる。

［Ｆ６］
Ｆ５に記載の循環式インクジェット装置の調整方法はさらに以下の工程を含む。

第２圧力センサ６が検知するインク圧力を、一旦、設定循環圧力値よりも絶対値が小さくなるように調整する。その後、第２圧力センサ６が検知するインク圧力を設定循環圧力値へと復帰させる。

これにより、Ｆ４の効果をより大きくすることができる。

［Ｆ６］
Ｆ１〜４のいずれかに記載の循環式インクジェット装置の調整方法は以下の工程を含む。

まず、第２圧力センサ６が、定常状態の圧力と異なるインク圧力を検知した場合、前記インクジェットヘッド２からの吐出を停止する。

そして、第１圧力センサが検知するインク圧力をＰｉｎとし、第２圧力センサ６が検知するインク圧力をＰｏｕｔとしたとき、一旦、Ｐｏｕｔを設定循環圧力値よりも絶対値が小さくなるように調整する。その後、Ｐｉｎ、および、Ｐｏｕｔを設定循環圧力値へと復帰させる際に、（Ｐｉｎ＋Ｐｏｕｔ）／２＝−１．５±０．５［ｋＰａ］を満たすように保持する。

これは、第３実施形態に対応している。

これにより、Ｆ５の効果をより大きくすることができる。

［Ｆ７］
Ｆ６に記載の循環式インクジェット装置の調整方法は、インク受け部５１を第２状態から第１状態へと切り替える工程を含む。

これにより、Ｆ６の効果をより大きくすることができる。

ここに開示された循環式インクジェット装置、及び循環式インクジェット装置の調整方法は、各種の印刷に利用可能である。特に、固形成分が含まれるインクを用いた印刷に利用可能である。

１ 循環式インクジェット装置
２ インクジェットヘッド
３ 供給インクタンク
４ 回収インクタンク
５ 第１圧力センサ
６ 第２圧力センサ
７ 攪拌装置
８ 液面センサ
９ 温度センサ
１０ タンク間循環用ポンプ
２１ 第１圧力調整装置
２２ 第２圧力調整装置
２３ インクタンク内圧力制御システム
３１ 第１主配管
３２ 第１副配管
４１ 第２主配管
４２ 第２副配管
５１ インク受け部

Claims (8)

1. インクジェットヘッドと、供給インクタンクと、回収インクタンクと、を備え、
   インクが前記供給インクタンク、前記インクジェットヘッド、前記回収インクタンクの順に循環する循環式インクジェット装置であって、
   前記供給インクタンクから前記インクジェットヘッドへ前記インクを供給するための第１配管と、
   前記インクジェットヘッドから前記回収インクタンクに前記インクを回収するための第２配管と、
   前記インクジェットヘッドへ供給されるインクの圧力を検出する第１圧力センサと、
   前記インクジェットヘッドから回収されるインクの圧力を検出する第２圧力センサと、を備え、
   前記第１配管は、前記供給インクタンクに接続された第１主配管と、前記第１主配管から分岐し、前記インクジェットヘッドに接続された複数の第１副配管と、を有し、
   前記第２配管は、前記回収インクタンクに接続された第２主配管と、前記第２主配管から分岐し、前記インクジェットヘッドに接続された複数の第２副配管と、を有し、
   前記第１圧力センサは、前記供給インクタンクから最下流端に位置する前記インクジェットヘッド近傍の前記第１副配管に設置され、
   前記第２圧力センサは、前記インクジェットヘッド近傍の前記第２主配管に設置された、
   循環式インクジェット装置。
2. 前記第１圧力センサと、前記第２圧力センサは、前記インクジェットヘッドのノズル面から同じ高さに設置された、
   請求項１に記載の循環式インクジェット装置。
3. 前記インクジェットヘッドから吐出されるインクを受け止め可能に設けられたインク受け部をさらに備え、
   前記インク受け部は、前記第１または第２圧力センサが検知するインク圧力の値に応じて、前記インクジェットヘッドのインク吐出方向に配置される第１状態と、前記第１状態とは異なる位置に配置される第２状態とを切り替え可能である、
   請求項１に記載の循環式インクジェット装置。
4. 前記インクは、固形成分を含むインクである、
   請求項１〜２に記載の循環式インクジェット装置。
5. 請求項１に記載の循環式インクジェット装置のインク圧力を調整するための調整方法であって、
   前記第２圧力センサが、定常状態の圧力と異なるインク圧力を検知した場合、前記インクジェットヘッドからの吐出を停止し、前記インク受け部を前記第２状態から前記第１状態へと切り替える、循環式インクジェット装置の調整方法。
6. 前記第２圧力センサが検知するインク圧力を、一旦、設定循環圧力値よりも絶対値が小さくなるように調整し、その後、設定循環圧力値へと復帰させる、
   請求項５に記載の循環式インクジェット装置の調整方法。
7. 請求項１に記載の循環式インクジェット装置のインク圧力を調整するための調整方法であって、
   前記第２圧力センサが、定常状態の圧力と異なるインク圧力を検知した場合、前記インクジェットヘッドからの吐出を停止し、
   前記第１圧力センサが検知するインク圧力をＰｉｎとし、
   前記第２圧力センサが検知するインク圧力をＰｏｕｔとしたとき、
   一旦、Ｐｏｕｔを設定循環圧力値よりも絶対値が小さくなるように調整し、その後、Ｐｉｎ、および、Ｐｏｕｔを設定循環圧力値へと復帰させる際に、（Ｐｉｎ＋Ｐｏｕｔ）／２＝−１．５±１．０［ｋＰａ］を満たすように保持されることを特徴とする、
   循環式インクジェット装置の調整方法。
8. 前記インク受け部を前記第２状態から前記第１状態へと切り替える、
   請求項７に記載の循環式インクジェット装置の調整方法。

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