JP4305418B2 - インクジェット記録装置におけるインク供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット記録装置のノズルヘッドへインクを供給するインク供給装置に関するものである。

インクジェット記録装置のノズルヘッドへのインクの供給は、インク圧を一定に保つと共に、インク中に気泡が混入しないようにする必要がある。しかしインク中への溶存空気（酸素）濃度は、インクが大気に触れているだけで３０分間に１ｐｐｍから５〜６ｐｐｍに増加するといわれ、この溶存空気が配管曲がり部などに蓄積して気泡となり、この気泡によりノズルヘッドにおいて、インク不吐出やインク圧変動による印字不良を引き起こす。

このため従来この種のインク供給装置にあっては、パージ部より回収した気泡の混合が多いインクを貯留する回収タンクに脱気装置を設けている（例えば、特許文献１参照）か、インク供給回路の途中に脱気装置を介装するようにしている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００３−１２７４３５号公報 特開２００４−１７５１７号公報

パージ部にて回収したインクを再利用できるようにした上記特許文献１に示された技術では、回収タンク全体を均一に脱気するのは困難で、回収タンク内のインクより気泡を完全に除去することができなかった。

またその点、特許文献２に示された技術では、供給タンクからメインタンクへ供給されるインクの全量が、これの配管を通るだけでムラなく脱気されるが、この従来技術ではこのあと直ちにこのインクがノズルヘッドへ供給されるわけではなく、一旦ノズルヘッド手前の大気開放型のメインタンクに蓄えられ、インク供給圧を安定させてからノズルヘッドへ送られるようになっているため、メインタンク内におけるインク中の溶存空気は時間の経過と共に増加し、ノズルヘッドのインク吐出不良が発生しやすいという問題があった。

本発明は上記のことに鑑みなされたもので、パージ部よりの回収インクを含めてノズルヘッドへ供給されるインクから効率よく脱気でき、気泡混入による印刷不良が生じることがないようにしたインクジェット記録装置におけるインク供給装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明に係る上記装置は、ノズルヘッドにインク供給路にて接続した背圧タンクと、背圧タンクにメインインクポンプを介装したメイン供給路にて接続したメインタンクと、メインタンクにインクポンプを介装した戻り路にて接続した回収タンクと、回収タンクにパージポンプを介装した回収路にて接続し、パージ時にノズルヘッドに対向させるパージキャップと、からなるインクジェット記録装置におけるインク供給装置において、メインタンクと背圧タンクを接続するメイン供給路に脱気装置を介装し、回収路のパージポンプの上流側に３方切換弁を介して背圧タンクに接続した構成になっている。

そして上記インク供給装置において、背圧タンクを高さ方向に位置調節してノズルヘッドに対する背圧タンクの位置水頭を調節可能にした構成にし、またメインタンクに、インクの温度を所定の温度に保つための恒温装置を備えた。

本発明によれば、印刷時において、またはインク供給装置の停止時で、かつパージ終了後においてパージポンプを駆動すると共に、切換弁を背圧タンクに連通することにより、背圧タンク内のインクとパージ部より回収された戻りタンクのインクがメインタンク内のインクと共に循環され、この間に全てのインクがメイン供給路に介装した脱気装置にて脱気されて、背圧タンク内には脱気されたインクが貯留される。これによりパージ部より回収されたインクを含めて、ノズルヘッドへ供給されるインクから効率よく脱気することができる。

したがってその後に行われる印刷作業時には、この脱気されたインクが背圧タンクから供給され、インク供給装置のノズルヘッドにて良好な印刷を行うことができる。

また本発明によれば、上記インクの循環作用は装置の停止時において随時行うことができるから、装置の長時間の停止により、大気に開放されている背圧タンク内のインクに、これの表面から空気（酸素）が溶け込んだとしても、この背圧タンク内の溶存空気を随時除去することができる。

そしてこの本発明の装置は、既存のインク供給装置において、バイパス路と３方弁を追加すればよいだけであるから、極めて簡単に構成することができる。

また請求項２に係る装置では、ノズルヘッドに対する背圧タンクの位置水頭が任意に調節できるようになり、ノズルヘッドにおけるインク充填時、パージ時、印刷時、ワイピング時における供給インク圧を精度良く制御できる。

また、請求項３に係る装置では、メインタンク内のインクが恒温装置にて所定の温度に保たれることにより、インク供給路を循環するインクも所定の温度に保たれ、従って印刷時に背圧タンクからノズルヘッドへ供給されるインクの粘度を一定に保つことができ、ノズルヘッドより安定したインクの吐出を行うことができる。

図１は本発明に係るインクジェット記録装置におけるインク供給装置のインク供給系を模式的に示す説明図である。

図中１はインクジェット記録装置のヘッドボックスである。このヘッドボックス１に多数のインクノズルを有するノズルヘッド２が下方へ向けて設けてあり、このノズルヘッド２は、これに接続されて設けられたインク室３へインク供給路４を介して供給されたインクを、ピエゾ素子（電気機械変換素子）等の駆動装置の作動にて吐出し、ヘッドボックス１の下面に沿って走行する用紙（被記録材）に所定の印刷を行うようになっている。

５は上記ヘッドボックス１のノズルヘッド２を覆う大きさにしたパージキャップであり、このパージキャップ５はインクジェット記録装置の待機状態において、ヘッドボックス１がメンテナンス位置に移動された状態で、これの下面に対向してノズルヘッド２に押し当ててインクをパージするようになっている。６はそのパージポンプであり、このパージポンプ６にてパージされたインクは、回収路８にて回収タンク７に回収されるようになっている。なお、図示ではパージポンプ６を３個用いた例を示したが、図２に示すようにパージキャップ５に１本の回収路８を接続し、これに１個のポンプ６を介装してもよい。

図中９はインクパック１０から補給ポンプ１１にてインクフィルタ１２を介して補給されるインクを貯留するメインタンクであり、このメインタンク９には、このメインタンク９内のインクを所定の温度に保つための恒温装置１３が備えられてある。メインタンク９はエアフィルタ１４を介して大気に開放されている。なお、この恒温装置１３の設定温度は調節できるようになっている。

１５は上記ヘッドボックス１のノズルヘッド２へインク供給路４にてインクを供給する背圧タンクであり、この背圧タンク１５はメイン供給路１６を介して上記メインタンク９に接続されている。そしてこのメイン供給路１６に、このメイン供給路１６を流れるインク中の混入空気を除去する脱気装置１７と、メインインクポンプ１８とインクフィルタ１９とメインインク供給電磁弁２０とが直列状に介装されている。背圧タンク１５はエアフィルタ２１を介して大気に開放されている。なお、上記メインインク供給電磁弁２０は、メインインクポンプ１８に逆流の可能性がない場合はこれを省略してもよい。

上記回収タンク７は、途中にインクポンプ２２を介装した戻り路２３にてメインタンク９に接続されている。回収タンク７はエアフィルタ２４を介して大気に開放されている。

上記回収タンク７、メインタンク９及び背圧タンク１５のそれぞれには、タンク内のインクの量の上限と下限を検出するインク量センサ２５ａ，２５ｂ．２５ｃが設けてある。

そしてメインタンク９では、これのインク量センサ２５ｂによるインクの残量検出値に応じて、すなわちインク残量が所定量以下（下限）になると補給ポンプ１１、あるいは戻りポンプ２２が駆動されてインクパック１０からバージンインクが、あるいは回収タンク７からの回収インクが同時に、あるいは選択的に供給されるようになっている。そして上限検出でこのインクの供給が停止されるようになっている。

また背圧タンク１５では、これのインク量センサ２５ｃによるインクの残量検出値に応じて、すなわちインク残量が所定量以下（下限）になると、メインインク供給電磁弁２０が開となると共に、メインインクポンプ１８が駆動されてメインタンク９からインクが供給されるようになっている。そして上限検出でこのインクの供給が停止されるようになっている。

上記背圧タンク１５は、図２に示すようにブラケット２６を介してタンク昇降装置２７にて支持されている。このタンク昇降装置２７は、上記ブラケット２６に上下方向に螺装されるねじ軸２８と、このねじ軸２８を正・逆方向に回転するモータ２９とからなっていて、モータ２９の正・逆回転により背圧タンク１５が昇降されて、この背圧タンク１５のインク液面の位置水頭が記録ヘッド１の印字面に対して調節できるようになっている。

そしてこのときの位置水頭は、印刷時、ノズルヘッド２の表面をワイピングするワイピング時、パージ時、初期充填時のそれぞれの適した位置水頭Ｈ_１，Ｈ_２，Ｈ_３，Ｈ_４に選択的に設定可能になっている。

このときにおいて、背圧タンク１５からノズルヘッド２間のインク供給路４内の空気を吸引してインクで充填させる初期充填時の位置水頭Ｈ_４は最も高くなり、また印刷後の小休止期間を経て、再印刷を実施する際のインク供給路４中に混入したゴミや固形インク等、及び混入空気を排除して新しいインクに置換するためのパージ作業時の位置水頭Ｈ_３も初期充填時の位置水頭Ｈ_４に近い圧力が必要である。

また印刷作業中は、ノズルヘッド２に対するインク圧はマイナスが適当となり、このときの位置水頭Ｈ_１はノズルヘッド２の印刷面より低くする。一方、ワイピング作業中の位置水頭Ｈ_２はややプラス側にする。これらにおいて上記各位置水頭の一例として、印刷時の高さＨ_１を略−３０ｍｍ、ワイピング時の高さＨ_２を略２０ｍｍ、パージ時の高さＨ_３を７０±３０ｍｍ、初期充填時の高さＨ_４を略３００ｍｍとした。

上記回収路８のパージポンプ６の上流側に３方電磁弁３０が介装してあり、この３方電磁弁３０の第３ポートに（バイパス位置）背圧タンク１５に接続したバイパス路３１が接続されている。上記パージポンプ６と共にこの３方電磁弁３０は、図示しない制御装置によりインクジェット記録装置の稼動、停止、パージ作業の状態によってそれぞれ異なる切換作動をするようになっている。

すなわち、インクジェット記録装置が作動している印刷中においては、所定時間の間隔ごとに、インク量センサ２５ｃの検知にて３方電磁弁３０がバイパス位置となると共に、パージポンプ６が駆動されてインク循環作用が行われる。そしてこのときにおけるパージポンプ６は、背圧タンク１５のインク量センサ２５ｃの検出値により制御され、これの下限検出で停止され、上限検出で駆動されるようになっている。

一方、印刷作動が終了した状態では、インクジェット印刷装置のノズルヘッド２にパージキャップ５を対向させてから３方電磁弁３０をパージ位置にすると共に、パージポンプ６を所定時間にわたって駆動して、上記ノズルヘッド２のインクをパージして回収タンク７へ回収するようになっている。

そしてこの印刷停止状態で、かつ上記パージ作用の終了後の所定時間の経過においては、上記印刷時と同様のインク循環作用が行われるようになっている。

上記構成において、インクジェット記録装置による印刷時には、背圧タンク１５からのインクがノズルヘッド２から吐出して印刷が行われる。背圧タンク１５内のインクの量は、インク量センサ２５ｃにて検出されていて、これの消費量に応じて、すなわちインク量センサ２５ｃにて下限を検知することによりメインポンプ１８が作動し、これと同期してメインインク供給電磁２０が開となってメインタンク９からインクが供給され、上限検知により、これらが逆の動作をしてインクの供給が停止される。このときのメインタンク９により供給されるインクは、恒温装置１３にて所定の温度に保たれている。また、このときのメインタンク９から背圧タンク１５へ供給されるインクの全量が脱気装置１７を通って脱気される。

そしてこの印刷時においては、上記したように、所定時間の経過ごとに所定時間にわたってインク循環作用が行われる。

この印刷時のインク循環作用時における背圧タンク１５のインクは、インクノズル２のインクを供給しているが、その供給量は印刷量に応じるものでそれ程多くはなく、背圧タンク１５内のインクの大部分がバイパス路３１から回収路８を通って回収タンク７へ回収される。そして背圧タンク１５内のインクが減少して下限になると、これがインク量センサ２５ｃに検出されてパージポンプ６が停止され、これと同期してメインインク供給電磁弁２０が開動作し、メインインクポンプ１８が駆動されてメインタンク９からインクが背圧タンク１５へこれの上限位置まで供給される。この上限位置をインク量センサ２５ｃで検知し、所定時間の印刷が行われると、再びパージポンプ６が駆動されて上記作動を繰り返す。

このインク循環作用により、印刷時における背圧タンク１５内のインクは所定時間ごとに、背圧タンク１５、回収タンク７、メインタンク９を循環され、この間に背圧タンク１５内のインクは脱気装置１７にて脱気されると共に、メインタンク９の恒温装置１３にて所定の温度に保たれる。

したがって、印刷においてノズルヘッド２へ供給されるインクは、このように脱気されていると共に所定温度に保たれていることにより、インクノズルからインクを安定した吐出が行われる。

メインタンク９内のインクの量もインク量センサ２５ｂにて検出されていて、これの消費量に応じて補給ポンプ１１、あるいは及び戻りポンプ２２によりインクが供給される。

この印刷時において、ノズルヘッド２から吐出されるインク供給圧は、ノズルヘッド２と背圧タンク１５内のインクの位置水頭による圧差と、毛細管現象により発生する圧力により得られる。そしてこのインクの位置水頭は、図２に示したように印刷時にはＨ_１，ワイピング時にはＨ_２，パージ時にはＨ_３，初期充填時にはＨ_４になるように、それぞれの作動時における最適の位置水頭となるように昇降装置２７にて背圧タンク１５の高さを調節する。

印刷の待機状態時で、かつパージ時には、ヘッドボックス１をメンテナンス位置等に移動し、この位置でパージキャップ５をノズルヘッド２の下面に対向させると共に、パージポンプ６を駆動する。そしてこのときには３方電磁弁３０をパージキャップ５が回収路８に連通する位置に切り換える。

したがってこのパージ時には、ノズルヘッド２よりパージキャップ５へインクが吸引され、回収路８より回収タンク７へ回収される。なおこのとき（パージ時）には、上記したようにノズルヘッド２にはＨ_３の位置水頭があるので、ノズルヘッド２内及びインク供給路４内のインクが吸引されてノズルヘッド２及びインク供給路４内に存在している気泡がインクと共に吸引される。そしてこのパージ動作は、パージ時として所定時間にわたって行われ、パージポンプ６の停止によって終了する。

上記パージ動作の終了後、あるいはこのパージ時間を加算した上での装置停止後の所定時間（例えば１分から３時間）経過後に、再びパージポンプ６が駆動すると共に３方電磁弁３０がバイパス位置に切り換わってインク循環作用が、間欠的にあるいは連続して行われ、このパージ終了後の待機中における背圧タンク１５内のインクの脱気と温度調整が行われる。

なお上記した実施の形態では、バイパス通路３１と回収回路８とを切換可能に接続する切換弁に電磁弁を用いた例を示したが、これは電磁弁以外の構成を含む３方切換弁を用いてもよい。

インク供給装置のインク供給系を示す回路図である。 背圧タンクの支持構造を概略的に示す説明図である。

符号の説明

１…ヘッドボックス、２…ノズルヘッド、３…インク室、４…インク供給路、５パージキャップ、６…パージポンプ、７…回収タンク、８…回収路、９…メインタンク、１０…インクパック、１１…補給ポンプ、１２，１９…インクフィルタ、１３…恒温装置、１４，２１，２４…エアフィルタ、１５…背圧タンク、１６…メイン供給路、１７…脱気装置、１８…メインインクポンプ、２０…メインインク供給電磁弁、２２…インクポンプ、２３…戻り路、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ…インク量センサ、２６…ブラケット、２７…タンク昇降装置、２８…ねじ軸、２９…モータ、３０…３方電磁弁（３方切換弁）、３１…バイパス路。

Claims (3)

1. ノズルヘッドにインク供給路にて接続した背圧タンクと、背圧タンクにメインインクポンプを介装したメイン供給路にて接続したメインタンクと、メインタンクにインクポンプを介装した戻り路にて接続した回収タンクと、回収タンクにパージポンプを介装した回収路にて接続し、パージ時にノズルヘッドに対向させるパージキャップと、からなるインクジェット記録装置におけるインク供給装置において、
   メインタンクと背圧タンクを接続するメイン供給路に脱気装置を介装し、回収路のパージポンプの上流側に３方切換弁を介して背圧タンクに接続したことを特徴とするインクジェット記録装置におけるインク供給装置。
2. 背圧タンクを高さ方向に位置調節してノズルヘッドに対する背圧タンクの位置水頭を調節可能にしたことを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置におけるインク供給装置。
3. メインタンクに、インクの温度を所定温度に保つための恒温装置を備えたことを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置におけるインク供給装置。
   
   

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