JP2016150495A - インクジェットプリントユニットおよびインクジェットプリント装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分散状態が比較的不安定であったり、酸素や水分の影響を受ける機能性材料を含んでいたりするようなインクを用いて高精細なプリント物を製造する際に有用なインクジェットプリント装置を提供する。
【解決手段】インクジェットヘッドと、インク貯留部と、インク循環部と、制御部と、外部装置との接続のためのコネクタとを備えており、前記コネクタは不活性ガスライン、電源ラインおよび通信ラインを備えることを特徴とする、インクジェットプリントユニット。このインクジェットプリントユニットを搭載可能としたインクジェットプリント装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェット方式によって記録対象物に印字や描画、材料付与等の処理を行うインクジェットプリント装置に関する。また、インクジェットプリント装置のうち、インクジェットヘッドやインク貯留部およびこれらを制御する制御部などの主要な構成を、脱着可能なひとつのユニットとしたインクジェットプリントユニットに関する。

インクジェット方式のプリンタでは、インクジェットヘッドに設けたノズルからごく微小なインク滴を記録対象物に対して吐出し、所望の印字や画像記録等を行なっている。このようなインクジェットプリンタは、記録対象物から離間した状態で記録動作を行なうため、様々な材質の記録対象物に印字や描画、材料付与等を行なうことが可能であり、幅広い用途に利用されてきている。近年では、他の記録方式に比べて高精細な記録が可能であることから、ディスプレイ装置や回路基板（プリンテッド・エレクトロニクス）等の製造にもインクジェット方式が採用されている。

インクジェット方式のプリンタの用途が多様となったことに伴い、インクとして用いられる材料も様々な機能を有するものが用いられることとなった。インクに用いられる材料の中には、液体のインクとして均一な状態を維持し難い特性を持つ材料もある。理想的な分散状態を保つことが困難な材料などは、常に撹拌しておかないと材料が沈殿して濃度が不均一となったり、インクジェットヘッドを詰まらせてしまったりするという問題がある。特許文献１には、小滴沈着装置に流体を供給するための流体供給装置であって、小滴沈着装置に流体を供給しかつ小滴沈着装置から流体を受けるための流体貯蔵器とを有し、小滴沈着装置の入口側と出口側とで流体の圧力を所定の値に維持するよう適合された圧力制御器を備える流体供給装置が開示されている。

また、空気中の酸素や水分の影響によってその機能が低下してしまう材料もある。特許文献２では、インク流路によって接続されるインク供給タンク、インクタンク、インクジェットヘッドを有し、空気経路によってインクタンクと接続されるエアバッグに、エアポンプを介して空気経路によってインク供給タンクが接続されている。エアバッグ内に、空気に替えて不活性ガスを充填する態様も記載されている。

加えて、様々な組成のインクを流す流路については、化学的に安定な材料で作られることが望まれ、一般的には金属よりも耐薬品性に優れる高分子材料（例えばＰＴＦＥなど）が用いられる。しかし、高分子材料を流路内部に配置した場合には、流路内部を流れるインクとの摩擦により静電気が発生するという問題もある。インクジェットヘッドとインク貯留部との間を常にインクが循環するタイプのインクジェットプリント装置の場合は、静電気発生の問題が顕著である。インクに用いられる機能性材料の中には静電気によって劣化したり、機能を失ったりしてしまう材料もある。あるいは有機溶媒を用いる場合には、静電気によるスパークで発火・爆発する可能性もある。このような事情から、インク流路とその中を流れるインクとの摩擦による静電気の発生を抑える技術も求められている。

特表２００８−５１３２４５号公報 特開２０１０−１５５４２２号公報

特許文献１の流体供給装置においては、流体貯蔵器は空気フィルタを介して大気解放され、流体の自由表面は空気に触れている。そのため空気中の酸素や水分によりインク中の機能性材料が劣化するという問題がある。特許文献２ではエアバッグ内に不活性ガスを充填することにより、酸素や水分によるインク中の機能性材料が劣化することを防ぐことが可能となる。しかしながら、インクを補充する場合には、操作が複雑となるという問題がある。また、エアバッグとインクとの摩擦による静電気発生の問題が残る。

本発明はこのような事情を鑑みて成されたものであり、インク補充の際においてもインクと空気との接触を防ぐことが可能な循環型のインク供給システムを実現できるインクジェットプリントユニットを提供することを目的とする。加えて本発明のインクジェットプリントユニットでは、循環型のインク供給システムにおいて静電気の発生を効果的に抑制する手段をとることもできる。

本発明のインクジェットプリントユニットは、インクが吐出されるノズルが設けられたインクジェットヘッドと、前記インクを貯留するインク貯留部と、前記インクジェットヘッドと前記インク貯留部とを接続するインク流路を含むインク循環部と、前記インクジェットヘッドおよび前記インク循環部とを制御する制御部と、外部装置との接続のためのコネクタとを備えており、前記コネクタは不活性ガスライン、電源ラインおよび通信ラインを備えることを特徴とする。

本発明にあっては、インクジェットヘッド、インク貯留部、インク循環部、制御部をまとめてひとつのインクジェットプリントユニットとして構成し、このインクジェットプリントユニットはコネクタを介してインクジェットプリント装置と接続できるようにした。このインクジェットプリントユニットの内部では、インクは完全に空気から遮断された状態でインクジェットヘッドとインク貯留部との間を循環している。したがって、酸素や水分によるインクの劣化を防止できる。また、インクジェットプリントユニットにインクを補充する場合には、たとえばコネクタを介してメンテナンス装置と接続することにより、空気から完全に遮断された状態でインク補充を行なうことが可能となる。

前記インク循環部に静電気を除去するためのアースポイントが設けられていても良い。

さらに、前記インク循環部に前記インクの温度を調節する温調手段を設けても良い。

一方、本発明のインクジェットプリント装置は、前記インクジェットプリントユニットを搭載する構造を有し、前記インクジェットプリントユニットと接続するためのコネクタを備え、前記コネクタは不活性ガスライン、電源ライン、通信ラインを備えることを特徴とする。

本発明のインクジェットプリント装置においては、インクジェットヘッドやインク貯留部、インク循環部、制御部など、主要な構成をまとめたインクジェットプリントユニットを搭載し、交換することが可能である構成となっている。このため、プリント動作中においては、インクの分散状態やインクと空気との接触に対して配慮する必要がなくなり、プリント品位の管理に集中することができる。

前記インクジェットプリント装置において、前記インクジェットプリントユニットのインクジェットヘッドをクリーニングするためのクリーニングユニットを備える構成としても良い。

本発明のインクジェットプリントユニットによれば、インクジェットヘッドとインク貯留部との間でインク循環を行なうことができる。このため、分散状態が不安定なインクであっても均一な状態でインクジェットヘッドに供給ができる。また、インクと空気との接触を完全に遮断した状態でインク循環を行なうことができるので、酸素や水分の影響を受けやすい機能性材料を含むインクであっても劣化させることがない。

本発明のインクジェットプリント装置によれば、インクはインクジェットプリントユニット内で確実に空気から遮断されて循環しているため、プリント動作中はインクの分散状態、酸素や水分との接触によるインクの劣化に配慮する必要がない。そのためプリント品位の管理に集中することができる。

本発明の一実施形態であるインクジェットプリントユニットの概要を示す説明図である。 インクジェットプリントユニットの内部構造の内、特にインク循環部を示す説明図である。 本発明の一実施形態であるインクジェットプリント装置の概要を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態であるインクジェットプリントユニットの概要を示す説明図である。図２は、インクジェットプリントユニット内部のインク循環部を示す説明図である。インクジェットプリントユニットは、インク吐出ノズルを備えたインクジェットヘッド４とインク貯留部２と制御部３とコネクタ５１を備える。図１および図２の例では、インク貯留部２にはメインタンク２１とサブタンク２２が設けられている。更に、インクジェットヘッド４とインク貯留部２との間においてインクを循環させるインク循環部６０１（図２）を備える。

インクジェットヘッド４は、インクの流入側とインクの回収側とを有する循環型のインクジェットヘッドである。制御部３は、インクジェットヘッド４の駆動制御を行なう。また、制御部３はインク循環部６０１において、インク貯留部２とインクジェットヘッド４との間でのインク循環の制御を行なう。具体的には、後述するインク循環部６０１に設けられたポンプ類やソレノイドバルブ類などの動作を制御する。更に制御部３は、通信ライン６３１を介して外部装置（例えばインクジェットプリント装置やメンテナンス装置）との間でのデータ通信を制御する。

図１に示すように、インクジェットプリントユニット１に設けられたコネクタ５１には、不活性ガスライン６１１と電源ライン６２１と通信ライン６３１とが設けられている。インクジェットプリントユニット１側のコネクタ５１は、後述するインクジェットプリント装置７側のコネクタ５２と連結できる構造となっている。インクジェットプリントユニット１側のコネクタ５１とインクジェットプリント装置７側のコネクタ５２とが連結する時、インクジェットプリントユニット１側の不活性ガスライン６１１、電源ライン６２１、通信ライン６３１は、インクジェットプリント装置７側の不活性ガスライン６１２、電源ライン６２２、通信ライン６３２と、各々接続される。

図２に示すインク循環部６０１は、内部にインクを流すことが可能なパイプ状のインク流路６０を備え、インク貯留部２に設けられたサブタンク２２内から、メインポンプ２３ｂによってインクが循環される。メインポンプ２３ｂには、ギヤポンプなどの定量供給ポンプが使用される。但し、チューブポンプ、ダイヤフラムポンプ等、メインポンプ２３ｂの種類は特に限定されない。

インク循環部６０１とインク貯留部２は、その内部空間が外部空間とは遮断されており、内部空間はインクと不活性ガスとで満たされている。不活性ガスとしては、汎用性の点で窒素ガスが好ましい。当然ながら、内部空間に充填される不活性ガスは、酸素や水分の混入が極力少ないことが好ましい。

インク循環部６０１にはダンパー２５、ヒーター２６、圧力センサ２７ａ、２７ｂ、ソレノイドバルブ２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、フィルタ２９ａなどが各々設けられている。ダンパー２５は、メインポンプ２３ｂの後段に配置され、インク流路６０内におけるインク流の脈動を抑える。フィルタ２９ａはインク流路６０内のインクに含まれた不活性ガスを分離・除去するガス分離フィルタであり、ダンパー２５の後段に配置されている。フィルタ２９ａによって分離された不活性ガスは、ガスリターン路を介してサブタンク２２内に戻される。ガスリターン路にはスピードコントローラ２４ａが介設されており、流量が絞られるようになっている。

図２の例では、インクジェットヘッド４の前段と後段とに、各々圧力センサ２７ａと２７ｂとが設けられている。圧力センサ２７ａと２７ｂは、インク流路６０内を流れるインクの圧力を検知する。検知された圧力値は制御部３に送られ、制御部３がメインポンプ２３ｂなどを制御する際に利用される。インク流路６０にはソレノイドバルブ２８ａ、２８ｂ、２８ｃが設けられている。ソレノイドバルブ２８ａ、２８ｃは、例えばインクジェットヘッド４を交換する場合などに閉じられ、インクの循環を一時的に停止できる。ソレノイドバルブ２８ｂはサブタンク２２にメインタンク２１からインクを補充する際に開かれ、インクの補充が完了すれば閉じられる。

インク循環部６０１には、必要に応じてヒーター２６が設けられていてもよい。ヒーター２６は、インクを所望の温度に調節するために設けられる。インクの温度を一定に保つことにより、インクジェットヘッド４からのインク吐出状態を安定化することができる。ヒーター２６は、制御部３によって制御される。圧力センサ２７ａ、２７ｂの設置位置近傍に、インクの温度を検知するための温度センサが設けられていても良い。温度センサによって検知されたインクの温度にもとづいて、制御部３がヒーター２６を制御するようにできる。

サブタンク２２にはまた、インク流路６０内のインクの圧力を制御するためのバキュームポンプ２３ｃ、フィルタ２９ｂ、スピードコントローラ２４ｂが配されている。サブタンク２２内の不活性ガスは、必要に応じバキュームポンプ２３ｃによって系外に放出される。その際、バキュームポンプ２３ｃの脈動は、スピードコントローラ２４ｂによる流量調整によって抑えられ、サブタンク２２内の圧力の脈動も抑制される。当該インクジェットプリントユニット１では、スピードコントローラ２４ｂや前述のダンパー２５を用いることにより、脈動の影響が抑えられるため、高価な無脈動ポンプを使用することなく、比較的安価な定量ポンプを使用することが可能となっている。前述の圧力センサ２７ａ、２７ｂで検知された圧力値を用いてバキュームポンプ２３ｃをフィードバック制御し、インク流路６０内のインク圧を所望の値に制御する。

サブタンク２２には、インク補充流路を介してメインタンク２１が接続されている。インク補充流路に設けられたタンクポンプ２３ａを動作させることによってメインタンク２１からサブタンク２２へインクが補充される。この時、ソレノイドバルブ２８ｂは開いた状態とされる。所定量のインクが補充されればソレノイドバルブ２８ｂが閉じられ、タンクポンプ２３ａが停止される。メインタンク２１とサブタンク２２には各々、不活性ガスライン６１１が接続され、必要に応じてタンク内に不活性ガスが供給される構造となっている。また、メインタンク２１は、インクジェットプリントユニット１に対して脱着可能に搭載される構造となっていても良い。

インク流路６０は、金属や樹脂からなるパイプ、ホースなどを用いることができる。金属腐食性の高い成分、例えば酸やアルカリ、がインク中に含まれる場合には、耐薬品性の高い樹脂からなるパイプや、金属パイプの内部を耐薬品性の高い樹脂で被覆したパイプを用いることが好ましい。しかしながら、樹脂からなるパイプは流れるインクとの摩擦により静電気を発生しやすい。発生した静電気を徐電するためのアースポイント６４が、インク流路６０をはじめとしてインク循環部６０１の各所に設けられていても良い。

アースポイント６４は、例えばタンクポンプ２３ａ、メインポンプ２３ｂ、フィルタ２９ａなどに設けられる。他に、インク流路６０の継ぎ手部分や曲線部分に設けられる。インク流路６０が樹脂パイプからなる場合、樹脂パイプの外側にメタルコートを施し、この部分にアースポイントを設けても良い。より効果的に徐電するために、樹脂パイプを貫通して直接インクと接触するパイプ内面にアースポイントが設けられていても良い。

本発明のインクジェットプリント装置７の構成について、図３を用いて説明する。インクジェットプリント装置７は、本発明のインクジェットプリントユニット１を搭載可能な構造を有している。また、インクジェットプリントユニット１に設けられたコネクタ５１と連結可能なコネクタ５２が設けられている。コネクタ５２には、不活性ガスライン６１２、電源ライン６２２、通信ライン６３２が設けられており、これらは各々インクジェットプリントユニット１側の不活性ガスライン６１１、電源ライン６２１、通信ライン６３１と接続される。不活性ガスライン６１２、電源ライン６２２はインクジェットプリント装置７の外部に設置された不活性ガス供給設部、電源設備（ともに図示しない）に接続されている。同様に、通信ライン６３２もインクジェットプリント装置７の外部に設けられた外部の制御装置に接続される構成としても良い。

図３の例において、インクジェットプリント装置７には、インクジェットプリントユニット１に設置されたインクジェットヘッド４の洗浄を行なうためのクリーニングユニット８１が設けられている。また、インクジェットヘッド４の設置位置を検知し、調整するためのアライメントユニット８２が設けられている。更に、プリント対象物であるメディアの搬送を行なうための、メディア搬送ステージが設けられている。これらの構成は、必要に応じて追加、排除し、他の構成と置き換えることも可能である。

インクジェットプリント装置７には、制御盤９が設けられる。制御盤９はインクジェットプリントユニット１に設けられた制御部３と通信を行なう。また、制御盤９には、インクジェットプリント装置７においてメディアにプリントされるプリントデータを保存するメモリ部を備える。また、インクジェットプリント装置７を操作するために必要なデータの入出力を行なうインターフェース部を備える。インクジェットプリント装置７の動作状況を記録する記録部を備えていても良い。また、外部制御装置との通信を行なう通信ユニットを備えていても良い。

本発明のインクジェットプリント装置７において、プリント動作中にはインク循環部６０１およびインク貯留部２の内部はインクと不活性ガスで満たされ密閉された状態とされる。プリント動作を停止してインクジェットプリントユニット１の脱着を行なう場合には、不活性ガスライン６１１が閉鎖される。不活性ガスライン６１１を閉鎖する構造としてバルブを設けても良い。あるいは、インクジェットプリント装置７側の不活性ガスライン６１２と接続する部分に、自動開閉式のカプラを用いても良い。不活性ガスライン６１１を閉鎖することで、インクジェットプリントユニット１内のインク循環部６０１とインク貯留部２内部の密閉を保つことができる。

インクジェットプリントユニット１にインクを補充する場合、密封可能な構造としたメインタンク２１を脱着できる構造とし、インクと不活性ガスとで満たされた状態のメインタンク２１を交換することにしても良い。あるいは、インクジェットプリントユニット１とインクジェットプリント装置７とに新たにインクラインを設け、外部のインクタンクからインクジェットプリントユニット１内のメインタンク２１にインクを供給可能な構造としても良い。

更に別の手段として、インクジェットプリント装置７から取り外したインクジェットプリントユニット１を載置でき、コネクタ５１と接続可能なコネクタを有したメンテナンス装置を準備しても良い。メンテナンス装置にはガス供給の設備とともにインク補充の設備が設けられ、不活性ガスライン６１１、あるいは別に設けたインクラインを介してインクジェットプリントユニット１内のメインタンク２１にインクが補充されるように構成されていても良い。

本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施形態では、インクジェットプリントユニット１にインクジェットヘッド４が１個設けられているが、ヘッドの数は特に限定されず、複数個設けられていても良い。同様に、インクジェットプリント装置７にはインクジェットプリントユニット１が１個搭載される例が示されているが、複数個のインクジェットプリントユニット１が搭載される構成であっても良い。

本発明のインクジェットプリントユニットおよびインクジェットプリント装置は、分散状態が比較的不安定であったり、酸素や水分の影響を受ける機能性材料を含んでいたりするようなインクを用いて高精細なプリント物を製造する際に有用である。

１：インクジェットプリントユニット
２：インク貯留部
２１：メインタンク
２２：サブタンク
２３ａ：タンクポンプ、２３ｂ：メインポンプ、２３ｃ：バキュームポンプ
２４ａ、２４ｂ：スピードコントローラ
２５：ダンパー
２６：ヒーター
２７ａ、２７ｂ：圧力センサ
２８ａ、２８ｂ、２８ｃ：ソレノイドバルブ
２９ａ、２９ｂ：フィルタ
３：制御部
４：インクジェットヘッド
５１、５２：コネクタ
６０：インク流路
６０１：インク循環部
６１１、６１２：不活性ガスライン
６２１、６２２：電源ライン
６３１、６３２：通信ライン
６４：アースポイント
７：インクジェットプリント装置
８１：クリーニングユニット
８２：アライメントユニット
８３：メディア搬送ステージ
９：制御盤

Claims (5)

1. インクが吐出されるノズルが設けられたインクジェットヘッドと、前記インクを貯留するインク貯留部と、前記インクジェットヘッドと前記インク貯留部とを接続するインク流路を含むインク循環部と、前記インクジェットヘッドおよび前記インク循環部とを制御する制御部と、外部装置との接続のためのコネクタとを備えており、前記コネクタは不活性ガスライン、電源ラインおよび通信ラインを備えることを特徴とする、インクジェットプリントユニット。
2. 前記インク循環部に静電気を除去するためのアースポイントが設けられている、請求項１に記載のインクジェットプリントユニット。
3. 前記インク循環部に前記インクの温度を調節する温調手段を備える、請求項１に記載のインクジェットプリントユニット。
4. 請求項１に記載のインクジェットプリントユニットを搭載する構造を有し、前記インクジェットプリントユニットと接続するためのコネクタを備え、前記コネクタは不活性ガスライン、電源ライン、通信ラインを備えることを特徴とする、インクジェットプリント装置。
5. 前記インクジェットプリントユニットの前記インクジェットヘッドをクリーニングするためのクリーニングユニットを備える、請求項４に記載のインクジェットプリント装置。