JP2014097619A

JP2014097619A - インクジェットプリンタ

Info

Publication number: JP2014097619A
Application number: JP2012250709A
Authority: JP
Inventors: Tomomi Igawa; 知己井川; Seiichi Yokoyama; 誠一横山
Original assignee: Mimaki Engineering Co Ltd
Current assignee: Mimaki Engineering Co Ltd
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2014-05-29

Abstract

【課題】簡単な構造でインクの充填を行うと共にその際にノズルから無駄にインクが排出されるのを防止すること。
【解決手段】サブタンク２とヘッド１との間を接続する供給管５と戻し管７との間にバイパス管８を設け、このバイパス管８の流量はサブタンク２に貯留するインクの攪拌が可能となる流量とし、このバイパス管８との第１接続部分１０より下流の供給管５には、ノズル１０１のメニスカスを破壊しない流量のインクが流れるようにする。これにより、サブタンク２の攪拌を行いながらヘッド１にインクを充填供給でき、且つ、ノズル１０１からインクが無駄に排出されるのを防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクの攪拌を行うことでインク微粒子の沈殿を防止する構造を備えたインクジェットプリンタに関するものである。

図４は、従来のインクジェット記録装置の一例を示す構成図である。このインクジェット記録装置９００は、インクを貯留するインクタンク９０１と、インクタンク９０１から延出するインクの供給管９０２と、供給管９０２に設けたポンプ９０３と、供給管９０２に接続され複数のノズル９０５を有する記録ヘッド９０４と、記録ヘッド９０４から延出し且つ前記インクタンク９０１に接続した戻し管９０６と、供給管９０２と戻し管９０６との間に設けたバイパス管９０７とから構成されている。供給管９０２と記録ヘッド９０４との接続部分及び戻し管９０６と記録ヘッド９０４との接続部分にはそれぞれ弁４０１，４０２が設けられ、バイパス管９０７と供給管９０２及び戻し管９０６との接続部分にはそれぞれ弁４０３，４０４が設けられている。

前記記録ヘッド９０４の液室９０９には、インクタンク９０１から輸送されたインクが満たされる。通常の回復動作では、バイパス９０７の弁４０３，４０４を閉じ、ヘッド側の弁４０１，４０２を開け、ポンプ９０３によりインクを循環させる。このインクの輸送によりノズル９０５からインクが排出されて洗浄が行われる。

次に、インクを液室９０９及び戻し管９０６に充填する場合、まずバイパス９０７の弁４０３，４０４を閉じ、記録ヘッド側の弁４０１，４０２を開けた状態でインクの輸送を行い、液室９０９にインクを充填する。液室９０９にインクが充填された後、記録ヘッド９０４の弁４０１，４０２を閉じ且つバイパス９０７の弁４０３，４０４を開け、インクの輸送を行い前記戻し管９０６にインクを充填する。これにより、記録ヘッド９０４のノズル９０５からインクが無駄に排出されることなく、インク供給経路内にインクを充填できる。

特許第２７５３１０５号公報

しかしながら、上記従来のインクジェット記録装置９００では、インク供給経路に４個の弁４０１〜４０４を用いているため、構造が複雑になり部品点数が増えてしまうという問題点があった。

そこで、この発明は、簡単な構造でインクの充填を行うと共にその際にノズルから無駄にインクが排出されるのを防止することを目的とする。

本発明に係るインクジェットプリンタは、インクを吐出するノズルを複数有するヘッドに対し、前記インクを供給する供給管及び当該ヘッドの液室からインクを導出する戻し管が接続され、当該供給管及び戻し管は、前記ヘッドに対してインクを供給するタンクに接続され、且つ、当該供給管及び戻し管との間にはバイパス管が連続的に接続され、前記供給管とバイパス管との第１接合部分より下流の当該供給管は、前記タンクの攪拌に必要な流量のインクが供給管に輸送された場合に前記ヘッドのノズルのメニスカスが破壊されない流量を得る形状とされていることを特徴とする。

即ち、この発明によれば、第１接合部分より下流の当該供給管の形状によりメニスカスを破壊することないようにインクの流量が制限されるので、前記供給管にタンクの攪拌に必要な流量のインクを流した場合でも、インクを無駄に排出することなくヘッドにインクを供給できる。また、タンク内を攪拌してインクの沈殿を防止できる。また、ヘッド内のインクは戻し管からタンクに戻るので、ヘッド内でもインク循環を行うことができる。なお、タンクは、ヘッドの上部に配置するサブタンク、ヘッドにインクを供給するメインタンクのいずれもが含まれる。更に、バイパス管は、供給管及び戻し管との間に連続的に接続されているので、弁等の流れを制御する可動の機械的構造を備えていない。このため、構造がシンプルになると共にトラブルが少なくなる。

また、別の観点では、本発明に係るインクジェットプリンタは、インクを吐出するノズルを複数有するヘッドに対し、前記インクを供給する供給管及び当該ヘッドの液室からインクを導出する戻し管が接続され、当該供給管及び戻し管は、前記ヘッドに対してインクを供給するタンクに接続され、且つ、当該供給管及び戻し管との間にはバイパス管が連続的に接続され、前記供給管とバイパス管との第１接続部分より下流の前記供給管を、その流量が前記バイパス管の流量より小さくなる形状としたことを特徴とする。

前記供給管の形状により第１接続部分より下流のインク流量をバイパス管の流量よりも小さくすることで、供給管からインクを流してもバイパス管に多くのインクが流れるので、ヘッドのメニスカスを破壊することなくインクをヘッドに供給でき、且つ、タンク内で沈殿したインク微粒子の攪拌を行える。また、ヘッド内のインクも戻し管からタンクに戻るので、ヘッド内のインク循環も行える。更に、バイパス管は、供給管及び戻し管との間に連続的に接続されているので、弁等の流れを制御する可動の機械的構造を備えていない。このため、構造がシンプルになると共にトラブルが少なくなる。

また、上記発明において、タンクを攪拌できる流量でのインクの輸送を、ヘッドに対するインクの必要供給時間以上に行うように制御するのが好ましい。

このように、ヘッドへのインクの供給時以外でもインクを輸送することで、タンク及びヘッドのインクを攪拌して、インク微粒子の沈殿を防止できる。

また、上記発明において、前記戻し管とバイパス管との第２接続部分は、バイパス管から戻し管へのインクの流れにより、戻し管の前記第２接続部分より上流からヘッド内のインクをエゼクタ作用により吸引するのが好ましい。

このようにバイパス管の大きなインクの流れによりヘッドからインクを吸引してタンクに戻すことで、ヘッド内のインクの循環を効果的に行うことができる。これにより、ヘッド内でのインクの沈殿を防止できる。

本発明によれば、供給管と戻し管との間にバイパス管を所定の接続形状により接続することで、簡単な構造でインクを無駄に排出することなくヘッドにインクを供給でき、且つ、タンク内を攪拌してインクの沈殿を防止できる。また、ヘッド内のインクは戻し管からタンクに戻るので、ヘッド内でもインク循環を行うことができる。

この実施の形態に係るインクジェットプリンタを示す構成図である。供給管とバイパス管との第１接続部分の一例を示す概念図である。戻し管とバイパス管との第２接続部分の一例を示す概念図である。従来のインクジェット記録装置の一例を示す構成図である。

図１は、この実施の形態に係るインクジェットプリンタを示す構成図である。このインクジェットプリンタ１００は、複数のノズル１０１を形成したノズル面１０２を有すると共に内部に液室１０３を有するヘッド１と、ヘッド１に接続されると共に当該ヘッド１の上部に配置され且つ内部にインクを貯留するサブタンク２と、サブタンク２にチューブ１０４を介して接続されたインクタンク３と、インクジェットプリンタ１００の全体の動作を制御する制御部４とを備えている。チューブ１０４には、ポンプ１０５が設けられている。

前記ヘッド１は、印刷ユニットの一部を構成し、プリンタの左右方向に往復運動するキャリッジに保持される（図示省略）。前記サブタンク２は、内部に所定色のインクが貯留されてヘッド１に対して適宜インクを供給すると共に、その内部は当該サブタンク２に接続したポンプ１０６により負圧に維持されている。サブタンク２を負圧に維持することで、ノズル１０１の吐出口にメニスカスが形成される。ノズル１０１からのインクの吐出は、公知の圧電素子や発熱素子により行う形式のものが含まれる。

前記サブタンク２は、圧力変動を抑えるためのダンパーとして機能する。当該サブタンク２の下部から導出する供給管５は、ヘッド１の上部に接続されている。また、ヘッド１からは戻し管７が導出し、当該戻し管７はサブタンク２に接続されている。これによりサブタンク２とヘッド１との間にインク循環経路が構成される。戻し管７には、インクを輸送するポンプ６が設けられている。このポンプ６はヘッド１又はサブタンク２と一体構成でも良いし、別体として構成しても良い。ポンプ６は、例えばベーンポンプ等であり、インクを吸引してサブタンク２に戻す働きをし、常時運転されることでインク循環経路にインクを循環させている。更に、供給管５と戻し管７との間にはバイパス管８が接続される。バイパス管８は、ヘッド１に対する供給管５及び戻し管７の接続部分近傍に接続される。なお、このバイパス管８はヘッド１の一部として構成しても良い。

バイパス管８と供給管５との接続部分の形状ないし構造は、供給管５から最終的にヘッド１に供給されるインクがノズル１０１のメニスカス破壊を起こさない流量になるように設計するものとする。これに対し、サブタンク２に沈殿したインクの微粒子を攪拌するために必要な流量は、ヘッド１にインクを供給する場合よりも大きい。このため、サブタンク２の攪拌に必要な流量のインクをそのままヘッド１に流すとノズル１０１のメニスカスが破壊されるおそれがある。

このため、前記第１接続部分１０では、バイパス管８に対してサブタンク２の攪拌が可能な流量のインクが流れ、且つ、ヘッド１にはメニスカスが破壊されない流量のインクが流れるように、供給管５及びバイパス管８の径や形状が設定されている。当該第１接続部分１０の一例を下記に説明する。図２は、供給管５とバイパス管８との第１接続部分の一例を示す概念図である。供給管５ａは一部が湾曲した湾曲部分５１でバイパス管８に連続的に連結し、この下流には、圧力が小さくなる湾曲部分５１の内側からヘッド１の液室１０３に至る供給管５ｂが延出する。第１接続部分１０は、弁等の流れを制御する可動の機械的構造を備えていない。供給管５に輸送されたインクの多くがバイパス管８に導入される。一方、供給管５ｂには、圧力が低下している部分から当該供給管５ｂの径に応じた流量のインクが導入される。この供給管５ｂに流れるインクの流量は、下記バイパス管８のインク流量よりも小さい。

当該流量で供給管５ｂに輸送されたインクはヘッド１の液室１０３に供給される。このとき、ヘッド１に供給されるインクの流量は、サブタンク２を攪拌するための流量よりも小さくなるので、ヘッド１のメニスカスが破壊されることがない。一方、バイパス管８に流れるインクの流量は大きく、当該バイパス管８を流れるインクはそのまま戻し管７に導入され、サブタンク２に戻される。このインク循環系統によりサブタンク２内の攪拌が可能になる。また、本構造によれば、弁等の可動部品を用いることなく、供給管５及びバイパス管８やそれらの接続構造によりサブタンク２のインクの循環、ヘッド１へのインクの充填供給を可能にできる。なお、第１接続部分１０の形状ないし構造は、上記目的を達成できるものであれば、図２に示した構造に限定されない。

前記ヘッド１の液室１０３に供給されるインクの流量と、当該バイパス管８へ流れるインクの流量を決定する方法として、ヘッド１のメニスカスを壊さない流量を求める必要がある。ヘッド１のメニスカスを壊さないための流量を求める上で、まずメニスカスを破壊しない圧力を知る必要があるが、ノズル１０１の半径をｒ、インクの表面張力をＳｔとして、メニスカスを破壊しない圧力Ｐは、Ｐ≦２Ｓｔ／ｒの関係にあることが知られている。そこで、ヘッド１にインクが流れたことによるヘッドの圧力値が、メニスカスを破壊しない圧力値の１／１０以下となるようにインクの流量を合わせる。これにより、ヘッド１の液室１０３と当該バイパス管８に流す流量がわかるので、供給管５、戻し管７及びバイパス管８の内径、管長等を調整して流量と攪拌を実現する。

図３は、戻し管とバイパス管との第２接続部分の一例を示す概念図である。戻し管７とバイパス管８との第２接続部分１１は、湾曲して連続的に接続している。第２接続部分１１は、弁等の流れを制御する可動の機械的構造を備えていない。この第２接続部分１１は、戻し管７ｂの端部７２は、湾曲部分７１に対して下方から差し込まれて一体化した構造である。バイパス管８を流れるインクは、戻し管７の周囲を流れる。このため、管内に突出した戻し管７の端部７２では、バイパス管８の中に戻し管７２が配置されて断面積が小さくなって流れの速度が速くなる。このときのエゼクタ作用により吸引力が生じ、インクが吸い出される。このため、戻し管７ｂからヘッド１にインクが逆流せず、前記供給管５からインクが液室１０３に充填され、余分のインクが戻し管７ａから導出される。これにより、ヘッド１内でもメニスカス破壊が起きない範囲でインクが循環することになる。また、本構造によれば、弁等の可動部品を用いずインクの循環、ヘッド１へのインクの充填供給を行うことができる。なお、第２接続部分１１の形状ないし構造は、上記目的を達成できるものであれば、図２に示した構造に限定されない。

前記制御部４は、演算処理を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）と、以下のプロセスを実行するプログラムを格納したメモリを備える。また、ポンプ６，１０５，１０６を駆動するモータ等（図示省略）の駆動回路等も含まれる。なお、前記制御部４に命令を行うプログラムは、インクジェットプリンタに接続可能な記憶手段、外部のコンピュータ（インターネット空間で構築されるリソース形態を含む）等に格納されている場合がある。下記プロセス等の全ての制御は、当該制御プロセスを実行するプログラムに基づいて制御部４により行われる。

制御部４は、ポンプ６を所定の出力により駆動する。ポンプ６の駆動力はサブタンク２のインクを攪拌するのに必要な流量に基づいて定める。具体的には、サブタンク２を攪拌するのに必要となる流量を得るようにポンプ６を駆動し、その一方で、この流量により第１接続部分の下流の供給管５ｂの流量も定まるので、この供給管５ｂの流量がノズル１０１のメニスカスが破壊される流量を越えないようにする必要がある。実際にポンプ６の駆動により発生させる流量は、ヘッド１やサブタンク２等の設計条件によるため、計算又は実験的に取得し、制御部４に記憶しておく。

次に、このインクジェットプリンタ１００の動作について説明する。メタリックインク、パールインク、白インクなどの顔料微粒子が含まれたインクは、これらの微粒子が溶剤に比べて比重が大きく、金属や鉱石から構成されているため、長時間の停滞によりインク微粒子が沈殿してしまい、インクの色味の変化やインクの吐出不良などが発生する。

サブタンク２からヘッドにインクを補充供給する際、インクを供給管５を通じて輸送する。このときのインクの流量は、第１接続部分１０の形状を前提として当該第１接続部分の下流の供給管５ｂからヘッド１に導入されるインクの流量がメニスカス破壊を生じさせる流量以下となるように制御される。このメニスカス破壊を生じさせる流量は予め計算や実験により制御部４に記憶されており、制御部４は、このデータに基づいてポンプ６の駆動を行う。

ポンプ６により輸送されたインクは、供給管５ａに導入され、第１接続部分１０でバイパス管８と供給管５ｂとに分岐される。供給管５ｂの流量はバイパス管のインク流量よりも小さく、その小さい流量で輸送されたインクはヘッド１の液室１０３に導入される。かかる流量はメニスカス破壊を起こす流量よりも小さく設定されているので、ノズル１０１のメニスカスがインク導入時に破壊することはない。

第１接続部分で分岐して流れているインクは、バイパス管８を通じて第２接続部分に至り、この第２接続部分においてエゼクタ作用を発揮し、前記戻し管７ｂからインクを吸引する形でヘッドからインクを導出させる。戻し管７から導入されたインクは再びサブタンク２に戻り、その内部に噴出される。これによりサブタンク２内で沈殿したインク顔料の微粒子が攪拌される。また、上記過程で、前記ヘッド１の液室１０３のエアは、戻し管７を通じてヘッド１から排出され、サブタンク２に至り消滅する。

一方、ヘッド１内では供給管５からインクが充填され且つ戻し管７からインクが吸い出され、ヘッド１内でも循環が行われる。このため、ヘッド１内でインクの微粒子の沈殿を防止できる。更に、戻し管７からインクが排出されていくことから、ヘッド１内の圧力が必要以上に高くなるのが防止され、ノズル１０１のメニスカスが破壊されるのがより防止される。

このように、サブタンク２からヘッド１にインクを補充供給する際にサブタンク２のインクが攪拌されるので、印刷品質を向上できる。また、サブタンク２の攪拌を行える流量でインクを供給しても、ヘッド１のメニスカスを破壊することがない。

更に、サブタンク２からヘッド１にインクを補充供給する時間よりも長い時間循環動作を行うこともできる。例えば、ヘッド１に対してインクを補充供給する際にのみサブタンク２の循環を行うのではなく、常に循環動作を行うようにしても良い。この場合、ヘッド１の液室１０３は常にインクで満たされ且つ循環されていることになり、またサブタンク２も常に攪拌されるので、全体のインク循環経路においてインク微粒子が沈殿することを防止でき、いつでも高品質の印刷ができるようになる。

なお、図示しない液面センサーによりサブタンク２内のインク量は監視されている。サブタンク２内のインクの量が減ってきた場合、制御部４によりポンプ１０５が駆動され、インクタンク３からサブタンク２に必要量のインクが供給される。

インクタンク３のインクが消費されて当該インクタンク３を交換した場合も、インクタンク３からサブタンク２にインクを充填供給し、このサブタンク２からヘッド１にインクを充填供給する。このインクタンク３の交換においても、上記循環動作と同様の動作によりヘッド１にインクを充填供給する。

以上、この発明のインクジェットプリンタ１００によれば、接続形状等を適切に設定してバイパス管８で供給管５及び戻し管７を接続する簡単な構成により、ヘッド１内に過剰な量のインクが導入されることが防止されるので、メニスカスが破損することがない。また、サブタンク２の循環やインクの充填がなされる際にノズル１０１から無駄にインクが排出されるのを防止できる。更に、サブタンク２内のインクを常に循環させることができるので、印刷の品質が向上する。更に、第１接続部分１０及び第２接続部分１１は機械的に可動な構造ではなく、定まった形状のみで構成されているので、構造がシンプルになり、可動構造とするよりもトラブルが少なくなる。

１００インクジェットプリンタ
１０１ノズル
１０２ノズル面
１０３液室
１０５ポンプ
２サブタンク
３インクタンク
４制御部
５供給管
６ポンプ
７戻し管
８バイパス管

Claims

インクを吐出するノズルを複数有するヘッドに対し、前記インクを供給する供給管及び当該ヘッドの液室からインクを導出する戻し管が接続され、
当該供給管及び戻し管は、前記ヘッドに対してインクを供給するタンクに接続され、且つ、当該供給管及び戻し管との間にはバイパス管が連続的に接続され、
前記供給管とバイパス管との第１接合部分より下流の当該供給管は、前記タンクの攪拌に必要な流量のインクが供給管に輸送された場合に前記ヘッドのノズルのメニスカスが破壊されない流量を得る形状とされていることを特徴とするインクジェットプリンタ。
インクを吐出するノズルを複数有するヘッドに対し、前記インクを供給する供給管及び当該ヘッドの液室からインクを導出する戻し管が接続され、
当該供給管及び戻し管は、前記ヘッドに対してインクを供給するタンクに接続され、且つ、当該供給管及び戻し管との間にはバイパス管が連続的に接続され、
前記供給管とバイパス管との第１接続部分より下流の前記供給管を、その流量が前記バイパス管の流量より小さくなる形状としたことを特徴とするインクジェットプリンタ。
更に、タンクを攪拌できる流量でのインクの輸送を、ヘッドに対するインクの必要供給時間以上に行うように制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットプリンタ。
前記戻し管とバイパス管との第２接続部分は、バイパス管から戻し管へのインクの流れにより、戻し管の前記第２接続部分より上流からヘッド内のインクをエゼクタ作用により吸引することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のインクジェットプリンタ。