JP3552832B2

JP3552832B2 - インクジェットプリンタおよびそのパージ方法

Info

Publication number: JP3552832B2
Application number: JP699696A
Authority: JP
Inventors: 徳政近藤; 孝雄松岡; 成規末松; 和伸林
Original assignee: 日立プリンティングソリューションズ株式会社
Priority date: 1995-01-20
Filing date: 1996-01-19
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2016-01-19
Also published as: JPH08252928A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェットプリンタ、さらに詳細には、インクジェットプリンタの気泡パージ機構および気泡パージ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来のインクジェットプリンタのプリントヘッドの断面図である。
【０００３】
電気機械変換素子（以下ＰＺＴという）５４の変位がダイアフラム５３を介してチャンバ５２内のインクに作用し、ノズル５１からインク粒子が飛び出す。その際、チャンバ５２内のインクに気泡が混じっているとインク粒子が飛び出さない等の弊害がある。このためチャンバ５２内はもちろん、インク供給路のマニホルド５５内のインクには気泡が存在してはならない。
【０００４】
そこで、インク中の気泡をノズル５１から排出する加圧パージという方法が行われている。
【０００５】
しかし、このような加圧パージの場合、インク中の気泡をノズル５１のみから排出するだけでは非常に時間がかかり、加圧力にも限界がある。特に、複数のノズルを有する、いわゆるマルチノズルタイプのインクジェットの場合は、ノズル５１からの排出のみでは気泡を除去しにくく、より高い圧力を長時間かける必要がある。
【０００６】
この問題を解決する方法として、図７に示すように、ボール５７とバネ５８とから構成される逆止弁を設置する方法が提案されている。
【０００７】
逆止弁を設置することにより、高い加圧力をかけた場合は逆止弁が作動して気泡の混じったインクが吐出口５９から排出され、低い加圧力をかけた場合は逆止弁が作動せずノズル５１のみから気泡が排出されるように動作する。
【０００８】
従って、実際に気泡を排出する場合は、まずチャンバ５２に気泡を一括して溜めた状態で高い圧力をかけて逆止弁を開き、気泡の殆どを吐出口５９から排出し、次いでノズル５１内に残存する気泡を低圧でノズル５１から排出させる。
【０００９】
そして、加圧の高低、加圧時間の長短や加圧回数等を工夫して外に出るインク量、すなわち廃棄インク量を少なくすべく、種々工夫がなされている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記した従来の気泡パージ機構においても、依然として気泡排出のためのインクが全てプリンタの外に排出され、プリンタ外に出たインクは廃棄処分される。すなわち本来は印刷に使用されるインクが、インク流路に発生した気泡を排出するために全て廃棄処分されるという問題があった。
【００１１】
本発明は、気泡を排出するために廃棄処分されるインク量を極小にして経済的であり、しかも気泡パージ機構の構成部品を極力少なくして製品コストの低減化を図ったインクジェットプリンタを提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、ノズルからインクを噴射して印刷するインクジェットプリンタにおいて、プリントヘッド部には、インクを貯留するメインタンクと、パージインクを回収貯留するサブタンクと、サブタンク及びメインタンク間をつなぎ、前記ノズルにインクを供給するためのマニホルドとを配設し、前記メインタンクとサブタンクとを、加圧手段により交互に加圧して前記マニホルド及び前記ノズル内の気泡を排出する構成によって達成される。
【００１３】
また、本発明は、前記構成に加えて、メインタンク側の加圧圧力を高圧で短時間、サブタンク側の加圧圧力を低圧で長時間かけることにより、サブタンク側へのインクの流入量とインクの流出量とがほぼ同一になるように加圧条件を設定する制御手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
さらに、本発明は、前記構成に加えて、ノズルからサブタンクに至るマニホルドを途中まで仰角になるよう配設したことを特徴とするものである。
【００１５】
またさらに、本発明は、上記したいずれかの構成に加えて、タンク加圧手段を、メインタンクとサブタンクとに共通する１個の加圧ポンプと、プリントヘッド部に設けた弁手段とによって構成し、前記加圧ポンプとメインタンク、サブタンクとの接続は、プリントヘッドの位置移動により行わしめるよう構成したことを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１はプリンタの機構を説明するための斜視図である。
【００１８】
図１に示すように、プリンタ１は、プリントヘッド２と、プリントヘッド２をシャフト７ａ、７ｂに沿って摺動するベルト８、ベルトを駆動するモータ１０、プリントヘッド２の位置を知るためのエンコーダ６からなる。
【００１９】
プリントヘッド２は、上蓋３と、上蓋３に取り付けられたインク供給口５、呼吸穴４ａ、４ｂ、ノズル構成部品２０、及びゴム等の弾性体で形成したエアー差入れ口９ａ、９ｂからなる。
【００２０】
また、側壁１１には、パージ用加圧空気を送るためのノズル口１３ａ、１３ｂが固定されており、ノズル口１３ａ、１３ｂと前記エアー差入れ口９ａ、９ｂにより加圧空気の弁を構成している。
【００２１】
１２ａ、１２ｂはチューブ、１５は加圧空気分岐管、１４はチューブ、３０は加圧ポンプ、３１は制御回路である。
【００２２】
プリントヘッド２は、モータ１０の駆動力をベルト８に伝達することにより、シャフト７ａ、７ｂに摺動可能である。
【００２３】
図２はプリントヘッド２をさらに詳しく説明するための分解斜視図である。
【００２４】
図２において、２０ａ〜２０ｆはノズル・マニホルド構成プレート、１９はノズル、２１はＰＺＴ、１６はサブタンク、１７はメインタンク、２３ａ、２３ｂはインクセンサである。
【００２５】
なお、サブタンク１６およびメインタンク１７には大気圧が作用している。
【００２６】
また、メインタンク１７及びサブタンク１６にあるインク残量検知のためのセンサ２３ａ、２３ｂは、印字中にインク残量が減ってくるとセンサ２３ａ、２３ｂがほぼ同時に感知する。感知されると、インクは上蓋３に設けられたインク供給口５を解放して挿入される。
【００２７】
図３は図２のインク回路を説明するためのインク回路概念図である。
【００２８】
図３において、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄは、メインタンク１７とサブタンク１６とをつなぐマニホルドである。
【００２９】
本発明の気泡パージ動作の概念について、図３を併用して説明する。
【００３０】
まず、メインタンク１７の内部に加圧空気を圧送する。なお、メインタンク１７にあけられた呼吸穴４ｂにより圧損が発生するが、その量は高々１０％程度になるように呼吸穴４ｂの大きさを設定すればよい。一方、サブタンク１６側は呼吸穴４ａにより大気に解放しておく（第１のパージ動作）。
【００３１】
これにより、メインタンク１７内のインクは、マニホルド１８ａを経由してマニホルド１８ｂに到達する。そして、一部のインクはノズル１９より排出されるが、大部分のインクはマニホルド１８ｃから１８ｄを経由してサブタンク１６に回収される。この時任意の位置に存在する気泡の一部はマニホルド１８ｃに停留するが、大部分のインクはサブタンク１６に排出される。インクの液レベルは、サブタンク１６がメインタンク１７より高くなっており、水頭差でインクの一部はサブタンク１６からメインタンク１７へと戻るが、その戻り量は、先の気泡加圧パージ時のインク送給量に比べて極めて少ない。そこで、サブタンク１６に流入したインクをメインタンク１７に戻す操作が必要となる。
【００３２】
つまり、メインタンク１７側を呼吸穴４ｂにより大気に解放し、サブタンク１６側を加圧ポンプ３０と連通させ、サブタンク１６の内部に加圧空気を圧送して、サブタンク１６内のインクをマニホルド１８を経由してメインタンク１７に戻すのである（第２のパージ動作）。
【００３３】
なお、この動作の際にサブタンク１６にあけられた呼吸穴４ａによって圧損が発生するが、その量が１０％程度になるように呼吸穴４ａの大きさを設定しておけばよい。
【００３４】
このように、第１のパージ動作と第２のパージ動作を行うことにより気泡パージが可能となるが、この際、図６（ａ）に示すように、メインタンク１７を加圧する（第１のパージ動作）時の圧力Ｐ_１を、サブタンク１６を加圧する（第２のパージ動作）時の圧力Ｐ_２よりも高くし、かつその加圧時間を、サブタンク１６へのインク流入量とインク流出量とがほぼ同量となるよう、メインタンク１７側でｔ_１、サブタンク１６側でｔ_２（当然ｔ_１＜ｔ_２となる）に設定する。
【００３５】
すなわち、第１のパージ動作は気泡の除去を目的としているので、プリントヘッド２内に停溜している気泡に作用する表面張力よりも高い圧力（気泡の表面張力に打ち勝つインク流速）をインクに付与して、気泡をサブタンク１６へ移動させる。逆に、第２のパージ動作はインクの移動のみを目的としているので、気泡に作用する表面張力よりも低い圧力をインクに付与し、気泡を逆流させずにインクのみをサブタンク１６からメインタンク１７へ移動させる。この一連の動作によって、メインタンク１７の加圧時には積極的にマニホルド１８内の気泡を移動させることができ、サブタンク１６加圧時にはインクだけを移動させることができる。また一方のインクタンクだけにインクが充満するすることがなくなり、気泡排出を短時間のうちに達成することができる。
【００３６】
なお、ノズル１９内に残存する気泡をより効果的に排出させるために、第３のパージ動作として、メインタンク１７とサブタンク１６とに同一圧をかけてパージをするとよい。
【００３７】
すなわち、図６（ｂ）に示すように、内圧Ｐ_３、パージ時間ｔ_３でメインタンク１７、サブタンク１６を同時に加圧することにより、効果的にノズル１９内の気泡を排出することができる。当然のことながら、この時にかけられる圧力は気泡に作用する表面張力よりも高い圧力でなければならない。
【００３８】
一方、図３に示したインク回路概念図において、気泡パージ効果を上げるためには、メインタンク１７からノズル１９に連通するマニホルド１８ａ、１８ｂの断面積を小さくすればよい。これにより、インク加圧時のマニホルド内のインクの流速が速くなり、気泡が動き易くなる。
【００３９】
しかし、実際には、印刷時のインク供給を円滑にするため、マニホルド１８ａ、１８ｂの断面積を大きくしておくことが求められる。
【００４０】
そこで、本発明においては、メインタンク１７側からサブタンク１６側に向けて加圧する第１パージ動作で気泡を移動させることにしているので、予めノズル１９からサブタンク１６に連通するマニホルド１８ｃを仰角θになるよう配設し、サブタンク１６へ気泡が移動し易くなるような構成となっている。この構成により、気泡はパージ動作が行われない状態であっても、マニホルド１８ｃの右端部に移動する傾向を示す。
【００４１】
また、第１パージ動作時には、一気に高圧でインクと気泡とをサブタンク１６側に排出することができる。
【００４２】
更に、第２パージ動作時、気泡はマニホルド１８を下に移動しなければならず、かつパージ圧が低いため、マニホルド１８ｃの上部に停留し、次に行われる第１パージ動作時に排出されることとなる。
【００４３】
なお、本発明の第１パージ動作および第２パージ動作可能な構成は、インク補給時にも有益である。
【００４４】
通常、インク供給口５にインクが投入されてからメインタンク１７の液レベルとサブタンク１６の液レベルとが釣り合うまでには数分、場合によっては数十分を要する。殊に、熱溶融インクの場合には、固形インクを挿入してから溶解するまでに時間がかかるので、インクを補給してから印字動作に入るまでには非常に長い時間を要する。
【００４５】
これに対し、本構成では補給されたインクのほぼ半分の量のインクを、メインタンク１７のみの加圧操作（第１パージ動作）を用いて積極的にサブタンク１６側に移動させておくことができるという付随的効果を得ることができる。
【００４６】
次に、第１〜第３パージ動作を行うための具体的構成について説明する。
【００４７】
パージ動作のためには、図１においてプリントヘッド２を左方向（側壁１１側）に移動させ、ノズル口１３ａ、１３ｂをそれぞれ差入れ口９ａ、９ｂに挿入される位置に対向させ、所要の弁開閉状態を選んで加圧ポンプ３０を駆動すれば、気泡パージが可能である。
【００４８】
図４はプリントヘッド２の弁構造の開閉状態を示す横断面図である。
【００４９】
弁は２つの弁構成からなり、一方の弁はサブタンク１６に連通し、他方の弁はメインタンク１７に連通している。３１ａ、３１ｂは空気穴、３３ａ、３３ｂはピン、３４ａ、３４ｂはボール、３５ａ、３５ｂはスプリング、３６は栓である。なお、ピン３３ａはピン３３ｂよりも若干短くなっている。
【００５０】
図４（ａ）は第１パージ動作を示している。
サブタンク１６側の弁はボール３４ａが空気通路を閉ざしているため、「弁：閉」となっており、メインタンク１７側の弁はピン３３ｂがボール３４ｂを左に押し込んだ状態で、「弁：開放」となっている。
【００５１】
図４（ｂ）は第３パージ動作を示している。
図４（ａ）の状態からプリントヘッド２を左に移動させて図４（ｂ）の状態にすると、サブタンク１６側の弁ではピン３３ａがボール３４ａを押し込むようになるので、「弁：開放」となる。この時、メインタンク側の弁も開放状態である。
【００５２】
図４（ｃ）は第２パージ動作を示している。
図４（ｂ）の状態から更にプリントヘッド２を左に移動させて図４（ｃ）の状態にすると、メインタンク１７の弁ではノズル口１３ｂの先端が栓３６に当接して空気通路を閉塞するため、「弁：閉」となる。一方、サブタンク１６側は「弁：開放」である。
【００５３】
従って、図６の（ａ）に示すパージ手順、すなわちマニホルド１８内の気泡の除去は、第１のパージ動作である図４（ａ）と第２のパージ動作である図４（ｃ）を交互に実施することで達成される。また、図６の（ｂ）に示すパージ手順、すなわちノズル１９内の気泡の除去は、第３のパージ動作である図４（ｂ）の状態とすることで達成される。
【００５４】
これらの動作をまとめて示したのが、図５のフローチャートである。
【００５５】
パージ操作の指令が制御手段３１から出されると、プリントヘッド２は第１パージ動作位置（図４（ａ））まで移動し、制御手段３１により設定されたパージ圧Ｐ_１、パージ時間ｔ_１で第１のパージ動作を行う。
【００５６】
次に、プリントヘッド２は第２パージ動作位置（図４（ｃ））まで移動し、制御手段３１により設定されたパージ圧Ｐ_２、パージ時間ｔ_２で第２のパージ動作を行う。
【００５７】
そして、この一連の動作を所定回数、好ましくは３〜５回繰り返す。
【００５８】
更に、プリントヘッド２を第３パージ動作位置（図４（ｂ））に移動させ、制御手段３１により設定されたパージ圧Ｐ_３、パージ時間ｔ_３で第３のパージ動作を行う。
【００５９】
この一連の動作を所定回数、好ましくは３〜５回繰り返し、パージ動作を終了する。
【００６０】
このように、１個の加圧ポンプとプリントヘッド部に設けた弁、及びプリントヘッドの位置移動により、複雑な気泡パージ動作を極めて少ない構成部品で安価に達成することができる。そして、プリントヘッド２の位置移動だけでメインタンク１７のみの加圧、サブタンク１６のみの加圧、及びメインタンク１７、サブタンク１６の同時加圧を選択することができる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、メインタンクとサブタンクとを交互に加圧してマニホルド及びノズル内の気泡を排出することにより、従来のように、気泡排出のためプリンタ外に排出されたインクを全て廃棄することなく、廃棄処分するインク量を極力少なくして、マニホルド及びノズル内の気泡を排出することができる。
【００６２】
また、メインタンクとサブタンクとを同時に加圧してノズルから気泡を排出することにより、ノズル内の気泡を効果的に排出することができる。
【００６３】
さらに、メインタンクとサブタンクとの交互加圧時、メインタンク側の加圧圧力を高圧で短時間、サブタンク側の加圧圧力を低圧で長時間かけ、サブタンク側へのインクの流入量とインクの流出量とがほぼ同一になるように加圧条件を設定することにより、メインタンク１７の加圧時には積極的にマニホルド１８内の気泡を移動させることができ、他方、サブタンク１６加圧時には、マニホルド１８内の流速があまり高くならないため、インクだけを移動させることができ、また一方のインクタンクだけにインクが充満することがないためメインタンク１７とサブタンク１６を繰り返し交互に加圧できるので、気泡排出を短時間のうちに達成することができる。
【００６４】
またさらに、タンク加圧手段を、メインタンクとサブタンクとに共通する１個の加圧ポンプと、プリントヘッド部に設けた弁手段とによって構成し、前記加圧ポンプとメインタンク、サブタンクとの接続は、プリントヘッドの位置移動により行わしめるよう構成したことにより、気泡パージ機構の構成部品を極力少なくして製品コストの低減化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるインクジェットプリンタの斜視図である。
【図２】図１に符号２で示すプリントヘッドの分解斜視図である。
【図３】同プリントヘッド２のインク流路概念図である。
【図４】同プリントヘッド２の弁の開閉を説明するための断面図である。
【図５】同プリントヘッド２の気泡パージ動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】同プリントヘッド２の気泡パージ圧と時間との関係を示す説明図である。
【図７】従来形インクジェットプリンタのプリントヘッドの断面図である。
【符号の説明】
２…プリントヘッド、９…エアー差入れ口、１３…ノズル口、２０…マニホルドを構成するノズル構成部品、３０…加圧ポンプ、３３…ピン、３４…ボール、３５…スプリング、３６…栓。

Claims

ノズルからインクを噴射して印刷するインクジェットプリンタにおいて、
プリントヘッド部には、インクを貯留するメインタンクと、パージインクを回収貯留するサブタンクと、サブタンク及びメインタンク間をつなぎ、前記ノズルにインクを供給するためのマニホルドとを配設し、前記メインタンクとサブタンクとを、加圧手段により交互に加圧して前記マニホルド及び前記ノズル内の気泡を排出する構成とし、メインタンクとサブタンクとの交互加圧時、メインタンク側の加圧圧力を高圧で短時間、サブタンク側の加圧圧力を低圧で長時間かけることにより、サブタンク側へのインクの流入量とインクの流出量とがほぼ同一になるように加圧条件を設定する制御手段を備えたことを特徴とするインクジェットプリンタ。
ノズルからインクを噴射して印刷するインクジェットプリンタにおいて、
プリントヘッド部には、インクを貯留するメインタンクと、パージインクを回収貯留するサブタンクと、サブタンク及びメインタンク間をつなぎ、前記ノズルにインクを供給するためのマニホルドとを配設し、前記メインタンクとサブタンクとを、加圧手段により同時に加圧してノズルから気泡を排出し、かつメインタンクとサブタンクとを交互に加圧して前記マニホルド及び前記ノズル内の気泡を排出する構成とし、メインタンクとサブタンクとの交互加圧時、メインタンク側の加圧圧力を高圧で短時間、サブタンク側の加圧圧力を低圧で長時間かけることにより、サブタンク側へのインクの流入量とインクの流出量とがほぼ同一になるように加圧条件を設定する制御手段を備えたことを特徴とするインクジェットプリンタ。
請求項１、２のいずれか１項において、ノズルからサブタンクに至るマニホルドを途中まで仰角になるよう配設したことを特徴とするインクジェットプリンタ。
請求項１〜３のいずれか１項において、タンク加圧手段を、メインタンクとサブタンクとに共通する１個の加圧ポンプと、プリントヘッド部に設けた弁手段とによって構成し、前記加圧ポンプとメインタンク、サブタンクとの接続は、プリントヘッドの位置移動により行わしめるよう構成したことを特徴とするインクジェットプリンタ。
インクを貯留するメインタンクと、パージインクを回収貯留するサブタンクと、サブタンク及びメインタンク間をつなぎ、前記ノズルにインクを供給するためのマニホルドが配設されたプリントヘッド部内のノズルからインクを噴射して印刷するインクジェットプリンタの気泡パージ方法であって、
マニホルド内に残存する気泡の表面張力よりも大きい加圧力をメインタンク側にかけて、インク及び気泡をメインタンクからサブタンクに移動させる第１のパージ動作と、前記気泡の表面張力よりも小さい加圧力をサブタンク側にかけて、インクのみをサブタンクからメインタンクに移動させる第２のパージ動作を交互に実施することを特徴とするインクジェットプリンタのパージ方法。
請求項５記載のパージ方法において、
更にマニホルド内に残存する気泡の表面張力よりも大きい加圧力をメインタンク及びサブタンクにかけて、インク及び気泡をノズルから排出させる第３のパージ動作を実施することを特徴とするインクジェットプリンタのパージ方法。