JP2015089655A - インクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】インク循環系における圧力管理を容易できるインクジェットプリンタを提供する。【解決手段】実施形態によれば、インクジェットプリンタは、複数のインクジェットヘッドと、第１タンクと、複数の第１のチューブと、第２タンクと、複数の第２のチューブと、第３タンクと、第１ポンプと、液面センサと、コントローラと、第２ポンプとを有する。第２タンクは、気密性がある。第３タンクは、第２タンクおよび第１タンクと導管を介して接続され、第２タンクから送り出されたインクを第１タンクへ再供給するインクとして貯留する。第１ポンプは、第２タンクから第３タンクへ定量のインクを流す。コントローラは、液面センサが検知する第１タンクの液面に応じて第３タンクから第１タンクへ送るべきインクの量を決定する。第２ポンプは、コントローラが決定した量のインクを第３タンクから第１タンクへ送り出す。【選択図】図１

Description

本実施形態は、インクジェットプリンタに関する。

インクジェットプリンタには、インクを循環させ、循環するインクをインクジェットヘッドから吐出させて画像を形成するものがある。インク循環型のインクジェットプリンタでは、ヘッドに対して、インク流路方向の上流側に設けた上流タンクと下流側に設けた下流タンクとを接続する。従来のインクジェットプリンタは、上流タンクと下流タンクとをそれぞれ圧力制御し、インク循環とメニスカス圧を制御する。

特開２００８−１３２６３０号公報

本発明は、インク循環系における圧力管理を容易できるインクジェットプリンタを提供することを目的とする。

実施形態によれば、インクジェットプリンタは、複数のインクジェットヘッドと、第１タンクと、複数の第１のチューブと、第２タンクと、複数の第２のチューブと、第３タンクと、第１ポンプと、液面センサと、コントローラと、第２ポンプとを有する。複数のインクジェットヘッドは、駆動信号に応じてインクを吐出する。第１タンクは、複数のインクジェットヘッドへ送り出すインクを貯留する。複数の第１のチューブは、第１タンクと複数のインクジェットヘッドとをそれぞれ接続する。第２タンクは、気密性があり、複数のインクジェットヘッドから送り出されたインクを貯留する。複数の第２のチューブは、複数のインクジェットヘッドと第２タンクとをそれぞれ接続する。第３タンクは、第２タンクおよび第１タンクと導管を介して接続され、第２タンクから送り出されたインクを第１タンクへ再供給するインクとして貯留する。第１ポンプは、第２タンクから第３タンクへ定量のインクを流す。液面センサは、第１タンクの液面を検知する。コントローラは、液面センサが検知する液面に応じて第３タンクから第１タンクへ送るべきインクの量を決定する。第２ポンプは、コントローラが決定した量のインクを第３タンクから第１タンクへ送り出す。

図１は、本実施形態に係るインクジェットプリンタの第１の構成例を示す図である。 図２は、本実施形態に係るインクジェットプリンタの第２の構成例を示す図である。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、実施形態に係るインクジェットプリンタ１の第１の構成例を概略的に示す図である。なお、図１では、適宜構成を拡大、縮小、省略して概略的に示している。
本実施形態に係るインクジェットプリンタは、インクジェットヘッドにおいてインクを吐出して記録媒体上に画像を形成するものである。本実施形態において、インクジェットプリンタは、インクを循環させ、循環するインクをインクジェットヘッドに供給する循環型のインク供給機構（インク循環系）を有するものとする。

図１に示す第１の構成例において、インクジェットプリンタ１は、インクジェットヘッド（以下、単にヘッドとも称する）１０（１０ａ、１０ｂ、…）、上流チューブ１３（１３ａ、１３ｂ、…）、下流チューブ１４（１４ａ、１４ｂ、…）、第１タンク２１、第２タンク２２、第３タンク２３、第１導管３１、第２導管３２、第３導管３３、第４導管３４、フィルタ３５、液面センサ３６、大気開放部３７、第１ポンプ４１、第２ポンプ４２、および、コントローラ５０などを備える。なお、図１中に示す矢印は、インクが流れる方向を示している。

第１タンク２１、第２タンク２２および第３タンク２３は、インクを貯留するタンクである。第１タンク２１は、インクの流れ方向におけるインクジェットヘッド１０の上流側に設けられる上流側タンクである。第１タンク２１は、インクジェットヘッド１０へインクを供給するインク供給源として機能する。第１タンク２１は、インクを貯留した状態で液面の高さと各インクジェットヘッド１０のノズル面との水頭差ｈが所望の値となるように設置される。

第１タンク２１におけるインクの液面は、液面センサ３６により検知される。液面センサ３６は、第１タンク２１におけるインクの液面の高さを示す検知信号をコントローラ５０へ出力する。また、第１タンク２１には、大気開放部３７が設けられる。大気開放部３７は、第１タンク２１の空気層を大気圧に開放するものである。図１に示す第１の構成例において、第１タンク２１は、大気開放部３７によって内圧が大気圧に維持される。

第１タンク２１と各インクジェットヘッド１０（１０ａ、１０ｂ、…）とは、それぞれ上流チューブ１３（１３ａ、１３ｂ、…）で接続される。第１タンク２１のインクは、各上流チューブ１３を通して各インクジェットヘッド１０へ供給される。各上流チューブ（第１チューブ）１３は、長さを揃えるため、設定上の同じ長さで形成される。長さを揃えることにより、各上流チューブ１３内におけるインクの流路抵抗が同じとなり、各上流チューブ１３の圧力欠損も同じとなる。さらに、各上流チューブ１３は、長さを短すればするほど、インクの循環系における各ポンプの脈動などの影響が低減される。

第２タンク２２は、インクの流れ方向においてインクジェットヘッド１０の下流側に設けられる下流側タンクである。第２タンク２２は、各インクジェットヘッド１０を通過したインクを貯留する。また、第２タンク２２は、気密性のある密閉されたタンクである。

各インクジェットヘッド１０と第２タンク２２とは、それぞれ下流チューブ１４（１４ａ、１４ｂ、…）で接続される。インクジェット１０を通過したインクは、下流チューブ１４を通して第２タンク２２へ供給される。また、各下流チューブ１４は、同じ長さに設計される。長さを揃えることにより、各下流チューブ１４の圧力欠損が同じとなる。さらに、各下流チューブ１４は、長さを短すればするほど、インクの循環系における各ポンプの脈動などの影響が低減される。

また、第２タンク２２は、第１導管３１を介して第１ポンプ４１に接続する。第１導管３１は、第１のポンプ４１の脈動がヘッドに伝わらないよう、第２のタンク２２に空気層が残るように接続される。また、第２導管３２は、第１ポンプ４１と第３タンク２４とを接続する。すなわち、第２タンク２２と第３タンク２３とは、第１ポンプ４１を介して連結される第１導管３１と第２導管３２とにより接続される。第２タンク２２のインクは、第１導管３１および第２導管３２を通して第１ポンプ４１により第３タンク２３へ送り出される。

第１ポンプ４１は、定量ポンプである。第１ポンプ４１は、インクを所定の流量で循環させるためのポンプである。第１ポンプ４１が第２タンク２２から第３タンク２３へ送り出すインクの流量は、たとえば、個々のインクジェットヘッド１０における所望の循環流量をインクジェットヘッド１０の数だけ乗算した量である。つまり、第１ポンプ４１が流すインクの流量は、各ヘッドへのインク流量のヘッド数倍である。

また、第３タンク２３は、第３導管３３を介して第２ポンプ４２に接続される。第３導管３３は、第３タンク２３のインクを第２ポンプ４２へ流す流路を形成する。第２ポンプ４２は、第４導管３４に接続される。第４導管３４は、第２ポンプ４２から第１タンク２１へインクを流す流路を形成する。すなわち、第２ポンプ４２を介して連結される第３導管３３および第４導管３４は、第３タンク２３から第１タンク２１へインクの流路を形成する。

第２ポンプ４２は、第３タンク２３のインクを第３導管３３および第４導管３４を通して第１タンク２１へ送り出す。第２ポンプ４２は、コントローラ５０により駆動が制御される。コントローラ５０は、第２ポンプ４２が送り出すインクの流量（つまり、第３タンク２３から第１タンク２１へ流すインクの量）を制御できる。コントローラ５０は、液面センサ３６が検知する第１タンク２１の液面に基づいて第３タンク２３から第１タンク２１へのインクの流量を決定し、決定した流量のインクを送り出すように第２ポンプ４２の駆動を制御する。たとえば、コントローラ５０は、第１タンク２１の液面が一定の高さとなるように、第２ポンプ４２の駆動を制御する。

図１に示す第１の構成例において、第４導管３４には、フィルタ３５が設けられる。フィルタ３５は、循環するインクから不純物を取り出す。フィルタ３５は、循環させるインクの流路に設ければよく、たとえば、第３タンク２３から第１タンク２１までのインクの流路に設けられる。本インク循環系では、フィルタ３５によって不純物が取り除かれた状態で循環される。

次に、図１に示す第１の構成例のインクジェットプリンタ１の制御ついて説明する。
図１に示すインクジェットプリンタ１において、コントローラ５０は、各インクジェットヘッド１０によるインクの吐出を制御するとともに、インク循環系におけるインクの循環を制御する。たとえば、コントローラ５０は、画像情報に応じたインクの吐出タイミングで各ヘッド１０に駆動信号を供給することにより、インクの吐出（画像形成処理）を制御する。

また、コントローラ５０は、第１ポンプおよび第２ポンプの駆動を制御することによりインク循環系におけるインクの循環を制御する。インク循環系の制御としては、各ヘッドからの安定したインク吐出を実現するため、各ヘッド１０のノズル面のインク供給負圧の管理及び制御が必要となる。

図１に示す第１の構成例のインクジェットプリンタにおけるインク循環系では、各ヘッド１０のノズル面のインク供給負圧は、第１タンク２１の内圧、第１タンク２１の液面と各ヘッド１０のノズル面の水頭差及び第１タンク２１から各ヘッド１０のノズルまでの流路抵抗と液体粘度（インクの粘度）と流量（インクの流量）とから決定できる。

図１に示す第１の構成例においては、第１タンク２１には大気開放端３７が設けられているため、第１タンク２１の内圧が大気圧に維持される。また、各ヘッド１０のノズル面の高さは設計上の値として予め決定される値であるから、第１タンク２１の液面と各ヘッド１０のノズル面との水頭差ｈは、第１タンク２１の液面の高さから決定される。さらに、インクの粘度は、インクの種類および温度などの外的な条件によって決定される値である。流量（インクの流量）は、定量ポンプとしての第１ポンプ４１がインクを循環させる一定の流量である。

また、第１チューブ１３を液体が流れる場合の流路抵抗Ｒ［Ｐａ・ｓ／ｍ＾３］は、第１チューブの直径がＤ［ｍ］、かつ、長さがＬ［ｍ］、液体の粘度がμ［Ｐａ・ｓ］である場合、レイノルズ数が小さいとき、
Ｒ＝（１２８／（πＤ＾４））・Ｌ・μ
により算出される。

従って、図１に示す第１の構成例のインクジェットプリンタ１では、上述した各ヘッド１０のノズル面のインク供給負圧を各値のうち制御が可能となるのは、第１タンク２１の液面の高さである。第１タンク２１の液面の高さは、第２ポンプ４２が第３タンク２３から第１タンク２１へ供給するインクの量によって制御される。言い換えると、図１に示す第１の構成例のインクジェットプリンタ１では、コントローラ５０が第２ポンプ４２を制御することによって第１タンク２１の液面の高さを管理することにより、各ヘッド１０のノズル面のインク供給負圧を管理する。

上記ように、図１に示す第１の構成例のインクジェットプリンタ１では、第１タンク２１の液面による圧力管理が可能となり、インク循環系としてコンパクトにできる。つまり、図１に示す第１の構成例のインクジェットプリンタ１では、圧力管理するための要素が第１タンク２１の液面であるため、圧力管理が容易になる。また、第１の構成例では、第１タンク２１を大気開放しているため、コントローラ５０は、第１タンク２１の液面を一定するように制御すれば各ヘッド１０のメニスカス圧を一定とすることができる。

すなわち、コントローラ５０は、第１ポンプ４１を定量ポンプとして一定の流量を流すように制御しつつ、第１タンク２１の液面が一定となるように第２ポンプ４２を制御することにより、各ヘッド１０のメニスカス圧を制御する。また、図１に示す構成例のインクジェットプリンタでは、たとえば、インクの粘度が変化した場合であっても、圧力管理を容易に行える。

次に、実施形態に係るインクジェットプリンタの他の構成例としての第２の構成例について説明する。
図２は、実施形態に係る第２の構成例のインクジェットプリンタ１´を概略的に示す図である。なお、図２に示すインクジェットプリンタ１´は、図１に示すインクジェットヘッド１の変形例であり、図２では、図１に示す構成例と同様な構成で実現できる箇所には同一符号を付して詳細な説明を省略するものとする。
第２の構成例のインクジェットプリンタ１´は、第１の構成例のインクジェットプリンタ１と同様に、インクジェットヘッド１０においてインクを吐出して記録媒体Ｐ上に画像を形成するものである。図２に示す第２の構成例のインクジェットプリンタ１´は、図１に示す第１の構成例のインクジェットプリンタ１と比べて、第１タンク２１に大気開放部を設ける代わりに、第１タンク２１を密閉状態として圧力制御部６１を接続する。

圧力制御部６１は、密閉状態として第１タンク２１内の圧力を制御するものである。圧力制御部６１は、第１タンク２１内の圧力を調整する調整器および第１タンク２１の内圧を計測するゲージなどを有する。圧力制御部６１は、ゲージにより計測する第１タンク内の圧力をコントローラ５０へ通知する。圧力制御部６１は、コントローラ５０から制御信号に応じて調整器を駆動させることにより第１タンク２１内の圧力を調整する。なお、圧力制御部６１は、第１タンク２１内の圧力を指定された圧力に調整するものであっても良い。

図２に示すインクジェットプリンタ１´の第２の構成例は、第１タンク２１の内圧の圧力調整が必要となる場合の構成として想定される。たとえば、第１タンク２１の設置位置がプリンタ設計上の制約によって限定される場合、第１タンク２１での圧力調整が必要となることがありうる。逆に言えば、図２に示す第２の構成例のインクジェットプリンタ１´は、第１タンク２１などの設置位置の自由度が大きい。

次に、図２に示す構成例のインクジェットプリンタ１´の制御ついて説明する。
図１に示すインクジェットプリンタ１´において、コントローラ５０は、インク循環系におけるインクの循環を制御として、第１タンク２１の液面の管理と第１タンク２１の内圧の管理を行う。第２の構成例のインクジェットプリンタ１´においても、各ヘッド１０のノズル面のインク供給負圧は、第１タンク２１の内圧、第１タンク２１の液面と各ヘッド１０のノズル面の水頭差ｈ及び第１タンク２１から各ヘッド１０のノズルまでの流路抵抗と液体粘度（インクの粘度）と流量（インクの流量）とから決定できる。

すなわち、第２の構成例のインクジェットプリンタ１´では、第１タンク２１の液面と第１タンク２１の内圧とを制御することにより、各ヘッド１０のノズル面のインク供給負圧を制御する。第１タンク２１の液面は、上述したように、第２ポンプ４２が第３タンク２３から第１タンク２１へ送り出すインクの量によって制御される。第１タンク２１の液面を一定の高さに制御している状態においては、第１タンク２１の内圧を調整することにより各ヘッド１０のノズル面のインク供給負圧を調整できる。また、逆に、第１タンク２１の内圧を一定に制御している状態においては、第１タンク２１の液面を一定の高さを調整することにより各ヘッド１０のノズル面のインク供給負圧を調整できる。たとえば、各ヘッド１０のノズル面のインク供給負圧を一定に保つには、インクジェットプリンタ１´のコントローラ５０は、第１タンク２１の液面の高さと第１タンク２１の内圧とを一定に制御すればよい。

以上のように、図２に示す第２の構成例のインクジェットプリンタ１´では、コントローラ５０は、第２ポンプ４２を制御することによって第１タンク２１の液面の高さを制御しつつ、圧力制御部６１により第１タンク２１の内圧を制御することにより、各ヘッド１０のノズル面のインク供給負圧を管理する。

上記ように、図２に示す第２の構成例のインクジェットプリンタ１´では、第１タンク２１の液面と第１タンク２１の圧力とを制御することにより圧力管理が可能となり、インク循環系としてコンパクトにできる。つまり、図２に示す第２の構成例のインクジェットプリンタ１´では、圧力管理するための要素が第１タンク２１の液面と第１タンクの圧力とであるため、圧力管理が容易になる。さらには、図２に示す第２の構成例のインクジェットプリンタでは、たとえば、循環させるインクの粘度が変化した場合であっても、圧力管理が容易になる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１、１´…インクジェットプリンタ、１０（１０ａ、１０ｂ、…）…インクジェットヘッド、１３（１３ａ、１３ｂ、…）…上流チューブ、１４（１４ａ、１４ｂ、…）…下流チューブ、２１…第１タンク、２２…第２タンク、２３…第３タンク、３６…液面センサ、３７…大気開放部、４１…第１ポンプ、４２…第２ポンプ、５０…コントローラ。

Claims (4)

1. 駆動信号に応じてインクを吐出する複数のインクジェットヘッドと、
   前記複数のインクジェットヘッドへ送り出すインクを貯留する第１タンクと、
   前記第１タンクと前記複数のインクジェットヘッドとをそれぞれ接続する複数の第１のチューブと、
   前記複数のインクジェットヘッドから送り出されたインクを貯留する気密性のある第２タンクと、
   前記複数のインクジェットヘッドと第２タンクとをそれぞれ接続する複数の第２のチューブと、
   前記第２タンクおよび前記第１タンクと導管を介して接続され、前記第２タンクから送り出されたインクを前記第１タンクへ再供給するインクとして貯留する第３タンクと、
   前記第２タンクから前記第３タンクへ定量のインクを流す第１ポンプと、
   前記第１タンクの液面を検知する液面センサと、
   前記液面センサが検知する液面に応じて前記第３タンクから前記第１タンクへ送るべきインクの量を決定するコントローラと、
   前記コントローラが決定した量のインクを前記第３タンクから前記第１タンクへ送り出す第２ポンプと、
   を有するインクジェットプリンタ。
2. 前記複数の第１のチューブは、長さが同じになるよう設計される、
   請求項１に記載のインクジェットプリンタ。
3. 前記第１タンクの内圧を大気圧とする大気開放部を有し、
   前記コントローラは、前記液面センサが検知する液面が所定の高さとなるように前記第３タンクから前記第１タンクへ送るべきインクの量を決定する、
   請求項２に記載のインクジェットプリンタ。
4. 前記第１タンクの内圧を制御する圧力制御部を有し、
   前記コントローラは、前記第１タンクの内圧と前記第１タンクの液面とに基づいて前記第３タンクから前記第１タンクへ送るべきインクの量を決定する、
   請求項１に記載のインクジェットプリンタ。