JP4224433B2 - インクろ過装置、インクろ過方法、および印刷装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクろ過装置、インクろ過方法、および印刷装置に関する。

液体のインクを小さな液滴として記録媒体上に吐出させて、記録ドットを形成し画像を形成する装置は、インクジェットプリンタとして実用化されている。インクジェットプリンタは、他の記録装置に比べて騒音が少なく、また記録媒体上に直接記録するので他の記録方式よりも少ない部品点数でプリンタを実現することができる。こうした点で有利であるため、インクジェットプリンタは記録技術として注目を集めている。

インクジェットプリンタの記録方式としては、発熱体の熱により発生する気泡の圧力によってインク滴を吐出させる方法や、圧電素子の歪みにより発生する体積変化に伴なう機械的な圧力によってインクを吐出させる方法が提案されている。

こうしたインクジェットプリンタに用いられるインクの色材としては、染料および顔料が挙げられる。顔料は、一般的に耐光性を有して色あせしにくいといった利点があるため、工業用として多く用いられている。顔料インクは、分散剤などを用いて色材粒子を分散させることにより調製され、主溶媒中を色材同士が凝集することなく安定に分散されている。しかしながら、顔料インクは、時間経過とともに、分散剤が色材粒子から分離してしまう場合がある。この結果、色材粒子同士がインク中で凝集してしまうことになる。

インクジェットインクの補給は、例えばカートリッジやボトルの交換によって行なわれ、大気開放部分から埃等の異物がインク中に混入することがある。色材粒子の凝集物や異物がインクジェットヘッドに供給された場合には、インク吐出が不安定になったり、インクジェットヘッド流路内で目詰まりが発生する。その結果、印字品質の劣化が引き起こされるという問題がある。

こうした問題を解決するために、インク供給路にろ過手段としてフィルタを設けた方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法によれば、ろ過されたインクがインクジェットヘッドに供給され、異物がインクジェットヘッドに供給されることはない。このため、安定したインク吐出を実現することができる。
特開２００１−１０５６２３号公報

インク中に存在している異物で、その形状が変形しないものであれば、フィルタで捕獲して異物のないインクをインクジェットヘッドに供給することが可能である。しかしながら、インク中に存在する異物が半固体状でその形状が変形可能である場合には、変形してフィルタの網目を通り抜けてしまう。こうした異物は、インクジェットヘッドまで到達して、安定したインク吐出を妨げる原因となる。

そこで本発明は、形状の変形しない異物のみならず、形状の変形可能な異物もインクからろ過することが可能なインクろ過装置およびインクろ過方法を提供することを目的とする。また本発明は、抜けのない印字を行なって、高品質な印刷物が得られる印刷装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様にかかるインクろ過装置は、変形可能な異物を含有するインクジェット用顔料インクをろ過するろ過装置であって、異物を捕獲するフィルタと可変形異物除去部とを具備し、前記可変形異物除去部は、底面側に設けられ前記インクが流入されるインク流入口、上面側に設けられ前記インクが流出されるインク流出口、およびこれらの間で左右に離間対向して配置された一対の壁面部材であって、少なくとも一方の壁面部材は、前記インクの流れ方向の前方下向きに前記インクを導く凹凸を有する壁面部材を具備することを特徴とする。

本発明の一態様にかかるインクろ過方法は、色材粒子を含有するインクを前述のインクろ過装置に導入して、異物および可変形異物を除去することを特徴とする。

本発明の一態様にかかる印刷装置は、印字を行なうインクジェットヘッドと、インクを収容するインクタンクと、前記インクタンクから前記インクジェットヘッドにインクを供給するインク送液管とを具備し、前記送液管の途中に前述のインクろ過装置を具備することを特徴とする。

本発明の態様によれば、形状の変形しない異物のみならず、形状の変形可能な異物もインクからろ過することが可能なインクろ過装置およびインクろ過方法が提供される。本発明の他の態様によれば、抜けのない印字を行なって、高品質な印刷物が得られる印刷装置が提供される。

以下、本発明の実施形態を説明する。

図面を参照にしながら、本発明の一実施形態にかかるろ過装置の実施例を説明する。

図１は、インクジェットプリンタにおけるインク供給系の概念図である。

インクボトル６内に収容されたインク３は、ポンプ８の作用によりチューブ２内を流れて、インクタンク５に供給される。さらに、インクタンク５からチューブ２、ろ過装置１を経由してインクジェットヘッド４に供給される。

インクボトル６においては、インクタンク５に設けられたインクタンクセンサ７によりポンプ８を駆動させることによって、インクタンク５の液面が実質的に一定に保たれる。

インクセンサ７は、例えばインクタンク５の重量を検知して、所定の重量に達していない場合には、インクタンク５が所定重量になるように制御する。あるいは、インクセンサ７はインクタンク５の液面を検知し、常に一定の液面位置を確保するための制御を行なってもよい。さらには、インクセンサ７はインクタンク５内の内圧を管理し、常に一定の内圧を維持するようになっていてもよく、またこの限りではない。

インクセンサ７により、規定液面より低いと判断された場合は、ポンプ８を駆動させてインクボトル６からインクタンク５内にインク３を補充し、一定位置になった時点でインクの補充は停止される。このとき規定位置とは、インクジェットヘッド４に適度な負圧がかかる状態をさし、一般的に−６００Ｐａ〜−８００Ｐａ程度である。水頭差ｈは、水頭圧Ｐ（Ｐａ）、インク比重ρ（ｋｇ／ｍ³）、および重力加速度ｇ（Ｎ／ｋｇ）を用いて、下記数式（１）で表わされる。

ｈ＝Ｐ／（ρｇ） （１）
したがって、比重１（ｇ／ｃｍ³）のインクであれば、６１〜８２ｍｍとなる。このときのインクは、紫外線硬化型の顔料インクであり、主成分はアクリルモノマーである。

インクジェットヘッド４からインク３を吐出することで消費されたインク３は、インクタンクセンサ７により検知され、ポンプ８を駆動することで補充され、常に適切な負圧を確保することで安定な印字ができる。

ろ過装置１の詳細を、図２に示す。ろ過装置１はインク中の異物を除去する作用を有し、その異物には、形状の変形しない異物（固体異物）と、形状の変形可能な異物（半固体状異物）とが含まれる。図示する例においては、ろ過装置１は、フィルタ部１１と、この上流側に設けられた可変形異物除去部１２とによって構成され、図中の矢印方向にインクが供給される。

フィルタ１１としては、メンブレンフィルタを用いることができ、例えばポリプロピレン（ＰＰ）製で３μｍのろ過精度のものを採用することができる。なお、フィルタの材質としては、ニトロセルロース等を用いてもよい。フィルタ１１によって、インク中の異物が捕獲される。このため、フィルタのろ過精度は、除去が目的とされる異物の大きさに応じて１〜５μｍの範囲で適宜選択すればよい。

形状の変形しない異物は、フィルタで捕獲することができるものの、色材の凝集物などの変形してフィルタの網目を通過する異物（可変形異物）は、フィルタでは完全には除去することができない。本発明の実施形態におけるろ過装置１では、可変形異物除去部１２を設けたので、こうした可変形異物もインク中から実質的に除去することが可能となった。

可変形異物除去部１２の一例の側面図を図３に示す。図示するように、可変形異物除去部１２は、上下に離間対向して配置された一対の板状部材を含み、下側の板状部材（床面部材）１４には、微小な凹凸１３が設けられている。微小な凹凸１３は、図４に示すように、インクの流れ方向に沿って設けられる。インク流入口２０から供給されたインクは、床面部材１４とこれを覆う蓋状部材１５との間のインク流路を、凹凸１３に接触しつつインク流出口２１に向かって流れる。

床面部材１４表面の凹凸１３における凸部の高さは、除去が目的とされる可変形異物の大きさに応じて決定することができる。具体的には、凹凸１３における凸部の高さは、インクジェットヘッド４におけるノズル孔径の１／１０以上であることが要求される。ノズルを通過する異物の大きさによっては、ノズルに形成されるメニスカスの形状が変化する。例えば、異物のサイズ（最短径）がノズル孔径の１／１０であれば、異物の面積は、ノズルの１／１００程度となる。この程度の面積であれば、異物によって占められたところで、メニスカスの形状に影響を及ぼすことはない。ノズル孔径が２７μｍの場合には、およそ３μｍ以下のサイズの異物は許容されることになる。なお、通常の可変形異物の大きさは最大で１００μｍ程度であるので、凹凸１３における凸部の高さの上限は１００μｍ程度であればよい。凹凸の凸部の幅も、同様にして決定することができる。

凹凸１３は、例えばエッチング等のフォトプロセスを用いて床面部材１４の表面に溝を形成することによって、作製することが可能である。あるいは、凹凸１３はガラスをダイサーで加工することで作製することもできる。なお、凹凸１３は突起物を設けることによって形成してもよい。いずれの方法によりインク流路に設けた凹凸であっても、これに接触させてインクを流すことにより可変形異物は捕獲される。

可変形異物除去部１２におけるインクの流速は、凹凸１３部分にいったん付着してインク中から除去された可変形異物が再び脱離してインク中に流れ出したり、可変形異物が分解しない速度に制御されている。

可変形異物除去部１２における凹凸１３は、必ずしも一定の大きさである必要はない。この凹凸１３の大きさを、インク上流部１３ａからインク下流部１３ｂに向かって細かくすることによって、さらに効率よく除去することができる。この場合、インク上流部の凹凸１３ａにおける凸部の高さは、例えば１０μｍ程度とし、インク下流部の凹凸１３ｂにおける凸部の高さは、例えば５μｍ程度とすることができる。

図５に示すように、フィルタ１１と可変形異物除去部１２とを入れ替えて、インクジェット側に可変形異物除去部１２を配置しても、同様の効果が得られる。

可変形異物除去部のインク流路における凹凸は、インクが接触する任意の面に設けることができ、例えば側面であってもよい。こうした凹凸が設けられた可変形異物除去部の例の側面図を図６に示し、上面図を図７に示す。これらの図面に示されるように、可変形異物除去部１７は、壁面部材１８と、この壁面部材に設けられた凹凸１９とを含む。凹凸１９における凸部の高さは、すでに説明した範囲とすることができ、この凹凸１９は、インクを下方に導くように、インク流れ方向の前方下向きに設けられる。インク流入口２０およびインク流出口２１は、いずれも可変形異物除去部１７の上面近傍に設けられる。インク流入口２０から流入したインクは、この凹凸１９に接触して通過する際、インク中の可変形異物が凹凸に捕獲され、可変形異物除去部１７の底部に沈降して、インク流出部２１からは、可変形異物が除去されたインクが流出されることになる。

図６に示した可変形異物除去部は、図８に示されるように変更することができる。図８に示される可変形異物除去部２３においては、インク流入口２０を底面近傍に設けることによって、図中、右下から左上にインクが流れるよう構成されている。インク中の可変形異物は、より効率よく可変形異物除去部２３の底部に沈降し、除去できるようになる。また、可変形異物の逆流を防止するために、インク流入口２０は、可変形異物が堆積する底面に接しないよう、底面から上に設けることが望まれる。

可変形異物除去部の他の例の上面図を、図９および図１０に示す。図９に示す可変形異物除去部２４においては、対向する２つの壁面部材１８の両面に凹凸１９が設けられている。これによって、可変形異物をより効率よく除去することができる。各壁面部材１８に設けられた凹凸１９は、図１０に示すように、インクの流れる上流側から順次小さくなるように大きさを調整してもよい。これによって、大きな可変形異物から小さな可変形異物まで除去することが可能になる。

こうした構造は、図３に示したように、凹凸１３を設けた床面部材１４と組み合わせて用いることもできる。

図１１には、本発明の実施形態にかかるろ過装置の他の例を示す。図示するろ過装置３０は、フィルタ３１と、この上流側に設けられた可変形異物除去３２とによって構成され、図中の矢印方向にインクが供給される。

フィルタ３１としては、すでに説明したようなメンブレンフィルタを用いることができ、使用し得る材質およびろ過精度もすでに説明したものと同様である。
可変形異物除去部３２の詳細を、図１２を参照して説明する。可変形異物除去部３２は、内周面に高さ方向に凹凸３３が設けられた筒状容器３４と、攪拌器３５と、この駆動装置３６とを含む。内周面の微細な凹凸３３は、例えば、エッチング等のフォトプロセスを用いて、樹脂製板の表面に形成し、これを筒状にして装着することで可能である。樹脂としては、ＰＥ（ポリエチレン）およびＰＩ（ポリイミド）等の柔軟性を有し筒状に成形可能なものが用いられる。こうした筒状容器３４の内周面の状態を、図１３に示す。図示するように、多数の並行した溝によって微細な凹凸３３が形成されている。攪拌器３５は、例えばテフロン（登録商標）製のスクリューとすることができ、外部に設けた駆動回路３６で駆動されて回転する。

インク（図示せず）は、インク流入口３７から可変形異物除去部３２に導入され、攪拌器３５で攪拌される。攪拌によって、内周面の凹凸３３にインクを強制的に接触させることができ、この凹凸３３にインク中の可変形異物が捕獲される。その結果、可変形異物が除去されたインクが、インク流出口３８から導出される。

可変形異物をインク中から効率よく除去するために、壁面３９におけるインクの流速の上限は、凹凸３３部分にいったん付着してインク中から除去された可変形異物が再び脱離したり、可変形異物が分解したりしない速度に決定することが望まれる。一方、インクの流速が遅すぎる場合には、凹凸で可変形異物を捕獲する効果を十分に得ることが困難となるので、インク流速の下限は１０ｃｍ／分程度とすることが好ましい。

筒状容器３４に収容されたインクを攪拌器３５により回転させることによって、インクより軽い可変形異物は、壁面３９に接触し付着して除去される。また、軽い可変形異物は、回転の中心に集まる傾向があるので、インク流出口３８は、攪拌器３５の中心線４０と筒状容器の壁面３９の間に位置することが好ましい。より好ましくは、インク流出部３８の位置は、攪拌器３５の中心線の延長線上である。

インク流出口は、攪拌器３５の下方に設けることもできる。例えば、図１４に示すように、攪拌器３５と同等の径を有する環状の管をインク流出管４２として配置する。図示していないが、インク流入口および内周面の凹凸は図１２の場合と同様である。インク流出口４３は、図１５に示すように、例えば２つ設けることができ、この個数は必要に応じて適宜変更すればよい。インク流出口４３から取り込まれたインクは、フィルタ部に導入される。

図１２に示した可変形異物除去部の変更例を、図１６に示す。図示する可変形異物除去部４４においては、内周面の凹凸３３の大きさを変えてある。この例では、底部は１０μｍ、上部は５μｍである。サイズの大きな可変形異物は重いため、これを付着させるためには大きな凹凸を設けることが好ましい。一方、サイズの小さな可変形異物は、小さな凹凸を付け付着させることができる。

可変形異物除去部の側面内壁に設けられる凹凸は、螺旋状の溝により形成することもできる。こうした溝を有する壁面の状態を、図１７に示す。攪拌器でインクを回転させると、インクが強制的にらせん状の溝４５にしたがって内周面を移動するため、可変形異物を強制的に螺旋状の溝に付着させることができる。この場合、図１６を参照して説明したように、上方に向かって凹凸が小さくなるよう、溝の深さを調整してもよい。

以上説明した変更は、適宜組み合わせることによって、さらに効率よく可変形異物を除去することが可能となる。また、凹凸は溝に限らず、突起物を設けることによって形成してもよい。

可変形異物除去部を設けたろ過装置を使用することによって、顔料の凝集物や異物だけでなく、従来のろ過装置をすり抜けてしまうような可変形異物を確実に捕獲することが可能となった。これによって、印字抜け等による劣化を防いで、高品質な印刷物を得ることができる。

本発明の一実施形態にかかるインクジェットプリンタにおけるインク供給系の概念図。 ろ過装置の一例を表わす概略図。 可変形異物除去部の一例を表わす断面図。 図３に示した可変形異物除去部の平面図。 ろ過装置の他の例を表わす概略図。 可変形異物除去部の他の例を表わす側面図。 図６に示した可変形異物除去部の上面図。 可変形異物除去部の他の例を表わす側面図。 可変形異物除去部の他の例を表わす上面図。 可変形異物除去部の他の例を表わす上面図。 ろ過装置の他の例を表わす概略図。 可変形異物除去部の一例の詳細を表わす概略図。 可変形異物除去部の内周面を表わす図。 可変形異物除去部の他の例を表わす概略図。 図１４の可変形異物除去部を上面からみた図。 可変形異物除去部の他の例を表わす概略図。 可変形異物除去部の側面内壁を表わす図。

符号の説明

１…ろ過装置； ２…チューブ； ３…インク； ４…インクジェットヘッド
５…インクタンク； ６…インクボトル； ７…インクタンクセンサ
８…ポンプ； １１…フィルタ； １２，１７，２３，２４，２５…可変形異物除去部
１３，１９…凹凸； １４…床面部材； １５…蓋状部材； １８…壁面部材
２０…インク流入口； ２１…インク流出口； ３０…ろ過装置； ３１…フィルタ
３２，４４…可変形異物除去部； ３３…凹凸； ３４…筒状容器； ３５…攪拌器
３６…駆動装置； ３７…インク流入口； ３８…インク流出口；３９…壁面
４０…攪拌器の中心線； ４２…インク流出管； ４３…インク流出口； ４５…溝。

Claims (5)

1. 変形可能な異物を含有するインクジェット用顔料インクをろ過するろ過装置であって、異物を捕獲するフィルタと可変形異物除去部とを具備し、前記可変形異物除去部は、
   底面側に設けられ前記インクが流入されるインク流入口、
   上面側に設けられ前記インクが流出されるインク流出口、および
   これらの間で左右に離間対向して配置された一対の壁面部材であって、少なくとも一方の壁面部材は、前記インクの流れ方向の前方下向きに前記インクを導く凹凸を有する壁面部材
   を具備することを特徴とするインクろ過装置。
2. 前記可変形異物除去部の前記凹凸の大きさは、前記インクの流れる方向に沿って小さくなることを特徴とする請求項１に記載のインクろ過装置。
3. 色材粒子を含有するインクを、請求項１または２に記載のインクろ過装置に導入して、異物および可変形異物を除去することを特徴とするインクろ過方法。
4. 印字を行なうインクジェットヘッドと、インクを収容するインクタンクと、前記インクタンクから前記インクジェットヘッドにインクを供給するインク送液管とを具備し、前記送液管の途中に、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のインクろ過装置を具備することを特徴とする印刷装置。
5. 前記インクろ過装置の前記可変形異物除去部における前記凹凸の大きさは、前記インクジェットヘッドのノズル孔径の１／１０以上であることを特徴とする請求項４に記載の印刷装置。

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