JP4687111B2

JP4687111B2 - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JP4687111B2
Application number: JP2005002600A
Authority: JP
Inventors: 道誠綿引; 孝雄松岡; 益夫古殿; 功司河原
Original assignee: リコープリンティングシステムズ株式会社
Priority date: 2005-01-07
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2025-01-07
Also published as: JP2006188001A

Description

本発明は、ノズルからインク滴を吐出して記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置に関するものである。

インクジェット記録装置において、記録ヘッド内部のインクに気泡が混入することは、不吐出などの不具合の原因になっている。容易に視認できる大きさの気泡は、インク流路や記録ヘッドのノズルを塞ぐ不具合を発生させる。また、視認できなくとも、インク内に含まれる溶存空気は、ＰＺＴ（圧電素子）の駆動よる高周波のキャビテーションにより記録ヘッド内部で発泡し、不吐出の不具合を発生させる。このため、脱気されたインクの使用、インクタンク及びインク供給流路内部に気泡を残さないための真空充填法によるインク充填、及び外部からの気泡の侵入防止により、記録ヘッドの吐出信頼性を高める必要がある。また、外部からのインク供給流路内への気泡侵入防止とともに、インク供給系の部材全てをインクが空気と直接接触させない密閉状態にて構成し、インクへの空気溶融を防止している。

図３に、従来のインク供給系の構成を示し、各機構部を説明する。

インクジェット記録装置のプリントシステムは、大別するとノズルよりインク滴を吐出して記録ドットを形成する記録ヘッド１と記録ヘッド１へインクを供給するためのインク供給系で構成される。インク供給系の構成部品であるインクタンクは、一般的に、メインタンク１０とサブタンク５を設けている。記録ヘッド１との水頭差ｈを一定に保つために固定されたサブタンク５と、サブタンク５内のインクレベルを図示していないセンサにより検出して、必要時にメインタンク１０からインクを補給するようにしている。メインタンク１０はサブタンク５より高い位置に設置し、水頭差による加圧でメインタンク１０からサブタンク５にインクを補給する。このとき、電磁弁７と電磁弁１１を駆動制御する。電磁弁１１を閉じた状態で電磁弁７を開かないと、メインタンク１０と記録ヘッド１の水頭差が大きい状態のため、記録ヘッド１からインクが漏れ出してしまう。これを防止するため、サブタンク５へのインク補給時は電磁弁７を開、電磁弁１１を閉として制御する。このような２種のインクタンクの構成からインクの補充はメインタンク１０を交換することで、簡単に行うことができる。（例えば、参考文献１参照）
脱気されたインクを使用するインクジェット記録装置のインクタンクとしては、密閉性が高い容器が使用され、外部からの空気の浸透や侵入をなくす材料が使われる。容器材料は、ガスバリア性が高い素材で、なおかつ可とう性を持つものを使用している。特に近年、食用ゼリーなどの容器として普及してきているアルミ製パックは、ガスバリア性が高くなおかつ可とう性に富むため、脱気インクを収容する容器としては適している。一般的に、このアルミ製パックは口部が一つで胴体が袋になっている形状である。（例えば、参考文献２参照）
上記アルミ製パックの形状で構成するサブタンク５は、内部のインクが消費され減少すれば、容器も比例して収縮するため、容器の変位量をセンサにより検出し記録ヘッド１との水頭差ｈを最適状態に保持する構成としている。容器素材の例として、ＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）、ＡＬ（アルミニウム）、ＮＹ（ナイロン）の樹脂ラミネートＡＬシートが用いられる。最内部にＬＤＰＥ、中間部にＡＬ、最外部にＮＹを用いた構成であるが、多層シートを用いる場合は、インクと接する最内部には耐薬品性と熱融着性、中間部にはガスバリア性、最外部には強度及び柔軟性が要求される。ガスバリア性のある素材としては、単体フィルムとしてＰＶＤＣ（ポリ塩化ビニリデン）、アルミ蒸着ＣＰＰ（無延伸ポリプロピレン）、アルミ蒸着ＯＰＰ（二軸延伸ポリプロピレン）、アルミ蒸着ＬＤＰＥ、シリカ蒸着ＰＥＴ（ポリエステル）などがあり、単体で用いることも可能である。

サブタンク５よりインク流れの下流側には、インクを濾過するためのフィルタ４ａを搭載したフィルタユニット４を配設している。フィルタ４ａは、記録ヘッド１のノズル詰まりを発生させる危険性があるゴミやインク凝集物などの流入を防止する。フィルタユニット４の更に下流側には、記録ヘッド１を単一又は複数個配設している。記録ヘッド１は、インクを導入するインレット１ａにチューブを連結し、フィルタユニット４からインクを供給される。

インクジェット記録に使用されるインクには大別すると固体インクと液体インクがあり、更に小別すると顔料系、染料系に分けられる。近年は取り扱いやすさなどの点から液体インクが主流となっている。液体インクには、水性系、溶剤系、油性系、紫外線硬化系（以下ＵＶインクと呼ぶ）があるが、ＵＶインク以外はそれぞれ顔料系と染料系を保有する。特にＵＶインクを使用するインクジェット装置の場合は、インク流路などのインク保持部の素材は全て黒色にするなど遮光が必要である。さらには、前述したように脱気インクの脱気状態保持も兼ねるためには、インク流路の構成材料としてはステンレス製のパイプや継ぎ手を使用することが一般的である。

次に従来の記録ヘッド１とサブタンク５等の配置構成について説明する。

従来、インクジェット記録装置では、記録ヘッド１の吐出特性維持や記録ヘッド１のノズルからインクが漏れることを防止するため、ノズルよりもサブタンク５などのインクタンクのインク液面を低い位置に配置することにより、記録ヘッド１にかかるインク圧力を必要とする値の負圧に維持していた。しかし、この方法では記録ヘッド１に対するサブタンク５などのインクタンクの配置位置に制約があり、記録媒体を搬送する装置の搬送部と干渉する位置構成となることで、記録ヘッド１を搭載する図示していないキャリッジ上にサブタンク５などのインクタンクを実装することは困難であった。このため、キャリッジとは離れた場所にサブタンク５やメインタンク１０を配置し、キャリッジ内の記録ヘッド１とサブタンク５間を屈曲可能な軟質チューブにで這い回し、軟質チューブを収納するために専用のキャタピラ状フレキシブルガイドを設置するなど大きなスペースやコストがかかるものとなっていた。また軟質チューブは屈曲させて使用できる反面、ガスバリア性が低いものとなり脱気インクの脱気状態保持が出来ない状態であった。（例えば、参考文献３参照）
ここで、キャリッジ内にサブタンク５やメインタンク１０を搭載しサブタンク５の容器自体に負圧を発生する手段を設け、密閉容器内に可とう製アルミ樹脂袋を収容し、密閉容器内の空気を吸引して所定の負圧値を維持する手段が提案されている。（例えば、特許文献４参照）一般的に、このようなインクタンクに負圧を与えることで、記録ヘッド内のインクに所定の負圧を得る機構を負圧リザーバと称する。

特願２００３−１２１４５７号公報

特開２０００−１４１６８７号公報

特開２００４−２１６７９７号公報

特開平６−７９８８１号公報

しかし、負圧リザーバは、シリアルスキャンタイプのプリンタに搭載するタイプであり、インクタンク内のインクも少量である。このため大量のインクを消費する印刷には不向きである。またインクを使い果たす度に、密閉容器に接続された吸引手段を取り外してからインクタンクを交換するか、インクタンクを収容する密閉容器全体を交換する必要があった。このため、交換単位でのコストが大きくなるという欠点があった。また、インクタンクに収納できるインク量が少ないことで、大量のインクを消費するライン式インクジェット印刷装置などの高速印刷で使用する場合、インクタンクの交換周期が極度に短くなるという欠点もあり、交換作業が多くなり煩雑という問題がある。

本発明は、このような従来の技術的課題を鑑みてなされたものであり、大量のインクを消費する印刷にも対応でき、しかも交換単位コストが低く、さらにインクタンクの交換頻度を少なくできる手段を備えたインクジェット記録装置を提供することである。

このような問題を解決するために本発明では、インクを吐出して記録媒体に記録を行うインクジェット記録ヘッドと、該記録ヘッドに供給するインクを保持するメインインク袋を備えたメインタンクと、該メインタンクから前記記録ヘッドへインクを供給するためのインク供給路と、該インク供給路の途中に設けられインクを一時的に保持し前記記録ヘッドへ供給するサブタンクとを有するインクジェット記録装置において、
前記サブタンクは前記メインタンクからのインク導入をするためのインク導入口と前記記録ヘッドへインクを導出するインク導出口とを一体化した流路を形成し、該流路に接続されたサブタンク内に単一の口部で密閉保持されるサブインク袋と、該サブインク袋を被うと同時に外部との連通部を備え、該連通部を除いて前記サブインク袋を密閉して保持する密閉容器とを備えるとともに、前記連通部に連通し、前記サブインク袋と前記密閉容器との空間を負圧に調整可能とする負圧調整手段を備えており、前記メインタンクと前記サブタンク間の流路に第一の電磁弁を設けると共に、該第一の電磁弁の下流で二つの流路に分岐し、第一の流路にインク搬送ポンプを、第二の流路に第二の電磁弁をそれぞれ設け、前記サブタンクと前記記録ヘッド間の流路に第三の電磁弁を設け、通常印刷時には第一の流路のみでインクを供給し、メンテナンス時には第二の流路も使用してインクを供給するようにしたことを特徴とする。

また、前記インク搬送ポンプは、搬送方向と逆方向にインクが逆流することを防止する手段を有し、前記サブインク袋に負圧を付加した時にインク搬送方向に対しインク漏れがない状態に塞き止め保持することができる液体ポンプであることがより好ましい。

さらに、前記負圧調整手段は、前記密閉容器内の圧力を測定する圧力センサと、前記圧力センサと密閉容器内へ空気吸引を行うポンプと、空気補充を行うポンプとを備え、前記圧力センサ信号から前記空気吸引ポンプと前記空気補充ポンプの動作を制御する負圧調整制御部とを備えるとともに、前記負圧調整手段と前記密閉容器を接続する空気流路に、大気開放するための３方電磁弁を備えることが好ましい。

そして、前記メインタンクは、容易に着脱可能に保持されていることがより好ましい。

本発明によれば、サブタンクを負圧リザーバとして交換単位としないでメインタンクを交換単位としたことにより、交換単位コストの低下が可能となるとともに、さらに大容量のメインタンクからインクを印刷中においても常時供給ができるため、大量インク消費を必要とする高速印刷、高デューティ印刷が可能となる。また、サブタンクを負圧リザーバとしてキャリッジ内で構成することができるため、インク供給路をガスバリア性が完全なステンレス製パイプや継ぎ手で構成できる。その結果、長期間インクを脱気状態で確保できるため、記録ヘッドの吐出信頼性を高めることが可能となる。

メインタンクを交換単位とし負圧リザーバとして構成したサブタンクに、記録ヘッドが吐出にて消費した分のインク補充を行うようにし、密閉容器に収容したサブインク袋と密閉容器間の空間を負圧に制御し永続的に使用できるように実現した。

以下、本発明の一実施の形態を図１を参照して説明する。

なお、インクの流れ方向を、メインタンク１０を上流とし、末端の記録ヘッド１側を下流側として説明する。

図において、メインタンク１０はオペレータが容易に脱着可能に保持する。最上流のメインタンク１０から、第一の電磁弁２０を配置し、その下流でインクを輸送するインク補充ポンプ２１を配置する第一の流路２３と、第二の電磁弁２２を配置する第二の流路２４に分岐する。この第二の電磁弁２２の代わりに図２に示すように、分岐点に電磁三方弁２２ａを設けることもできる。第一の流路２３と第二の流路２４はともに負圧リザーバ３０に連結する。負圧リザーバ３０のインク導入部材３１は第一の流路２３と第二の流路２４を連結し、単一の流路に統合する。インク導入部材３１にはアルミ樹脂ラミネート袋のサブタンク５が単一の口部で接続してある。アルミ樹脂ラミネート袋は一般的な形状として使用されるものとしては口部が一つであり、口部外周に形成されたネジ部にてインク導入部材３１と固定される。このため、サブタンク５のインク導入口は単一となる。このサブタンク５を覆いかつ保持する密閉容器３２がインク導入部材３１と密閉保持する構成となっている。密閉容器３２には、サブタンク５と密閉容器３２との間の空間に負圧を発生させるための負圧調整機構４０と接続する開口部３３を設置し、チューブ３４などにて接続する。負圧調整機構４０としては、チューブポンプなどを使用した空気吸引ポンプ４１、空気補充ポンプ４２、及び大気開放の切替を行う電磁弁三方弁４３、圧力センサ４４を備えている。負圧調整は、圧力センサ４４の信号から図示していない制御回路が空気吸引ポンプ４１と空気補充ポンプ４２の動作を制御することにより行われる。

負圧リザーバ３０の下流には、第三の電磁弁３５と記録ヘッド１をインク流路にて接続する。メインタンク１０から記録ヘッド１までのインク流路は、全てステンレス製のパイプと継ぎ手を使用し、インクの脱気状態を長期間確保するようにする。

本発明で用いた記録ヘッド１のノズル部のインクに最適となる負圧は、−１００〜−３００Ｐａである。この負圧を発生させるために、密閉容器３２内の空気を吸引し、サブタンク５内のインクに適正な負圧を与えるようにする。

記録ヘッド１がインクを吐出して消費すると、サブタンク５内のインクが減少し、サブタンク５が収縮する。サブタンク５は、実装スペースを小さくする上で小型に形成されるため、必要以上に十分なインクを蓄えることは難しい。このため、インク消費に応じてメインタンク１０から必要時インクを補充するようにする。密閉容器３２内にはサブタンク５のインクレベルを検出するレベルセンサ３６を設置し、インク量を検出する。

また、メインタンク１０からのインク補充はインク補充ポンプ２１により行う。インク補充ポンプは負圧リザーバ３０が負圧を発生した時に、インク補充ポンプ２１内のインクにも同等の負圧がかかるため、負圧に対抗しインクを保持できないとならない。もし保持できない場合、負圧によりメインタンク１０からインクを負圧リザーバ３０が吸入しつづけることになり、負圧発生及び調整ができない。このため、インク補充ポンプ２１は負圧に対抗し、インクを塞き止め保持する液体ポンプを使用する。例えば、軟質チューブをローラでしごきながら液体を搬送するチューブポンプが挙げられる。しかし、チューブポンプを使用する場合、ガスバリア性の低い軟質チューブ内にインクを通さなければならず、長期間インクの脱気状態を保持する目的としては不向きである。このため、輸液方向に対しある程度の負圧がかかってもインクを塞き止め保持する逆止弁（チェックバルブ）を搭載した液体ポンプを使用するとよい。このタイプの液体ポンプの逆止弁としてはダックビルタイプを使用しているものが多い。液体ポンプの塞き止め保持する負圧としては−３０００Ｐａ程度であればよいため、逆止弁の負圧保持能力としては−３０００Ｐａ程度であることが好ましい。このようなインク補充ポンプにて、インク消費に連動して輸送するようにするとよい。

また、本発明で用いた記録ヘッド１は、インク補充にかかる液体ポンプの圧力脈動が±１００Ｐａ程度でも吐出に影響なく連続して印刷することが可能である。

通常印刷時においては、記録ヘッド１が消費したインクの量を常時補うようにインク補充ポンプ２１で負圧リザーバ３０にインクを補充するため、第一の流路のみをインクが流れるようにしている。しかし、記録ヘッド１の定期的な吐出回復操作として、記録ヘッド１より図示していない吸引機構にてインクを吸い出すパージ動作を行う必要がある。これは、記録ヘッド１のノズルが連続吐出したり、一定時間吐出を行わずに放置した場合に、ノズル部のインク濡れや乾燥によってインクの吐出が不安定になることによる。このような吐出状態を回復させる保全動作としてパージ動作が設けられている。

このパージ動作で記録ヘッド１から吸引されるインクは、通常印刷時の吐出にて消費されるインクに比べ、単位時間あたりの消費量は遥かに大きい。このため、１回のパージ動作にて負圧リザーバ３０内のインクが瞬間的に減少する。この状態からインク補充ポンプ２１のみで再び元のインクレベルに戻す場合、数十秒の時間を要する。例えば、産業用途インクジェット装置の場合の一般的な値の場合、パージ動作で吸引したインク量を２０ｍｌ、インク補充ポンプの流量を仮に２５ｍｌ／分では、元のインクレベルに戻す時間は４８秒（＝（２０／２５）×６０秒）を要する。

このため、パージ動作後は短時間で元のインクレベル、すなわち印刷スタンバイ状態に戻す必要がある。この時間を短縮するために第二の流路２４を設け、負圧リザーバ３０にインクを流すためのバイバス経路として構成するとよい。第二の流路２４は第二の電磁弁２２を開けることで開通し、負圧リザーバ３０の負圧及び負圧リザーバ３０とメインタンク１０との水頭差により流量が多く短時間にインクを補充できる。

また、第二の流路２４は記録ヘッド１をメンテナンスや交換などで外した後、再度取り付けしたときのインク補充を容易にする役目も果たしている。記録ヘッド１を取り外す場合の分離位置は、第三の電磁弁３５が望ましい。すなわち第三の電磁弁３５に接続されたステンレスパイプと継ぎ手部で分離するとよい。再び記録ヘッド１を取り付ける最には、第三の電磁弁３５で再接続し、記録ヘッド１内部と第三の電磁弁３５に繋がるインク流路内を真空にし、第二の電磁弁２２を開放すればメインタンク１０からインクを充填することができる。

次に、他の実施例を図２を参照して説明する。

図１記載の第二の電磁弁２２の代わりとして図２に示すように、分岐点に電磁三方弁２２ａを設けることもできる。配管の３方分岐に電磁弁をおくことで、ポンプ側への連通を遮断できるため、ポンプ保護としても活用することができる。

密閉式の負圧リザーバに関わらず、脱気しないインクを使用する場合、開放系の負圧リザーバとして使用する装置にも適用できる。

本発明の実施方法を示した説明図である。（実施例１）本発明の他の実施方法を示した説明図である。（実施例２）従来のインクジェット装置のインク供給系を示した説明図である。

符号の説明

１は記録ヘッド、１ａはインレット、４はフィルタユニット、４ａはフィルタ、５はサブインク袋、７は電磁弁、１０はメインタンク、１１は電磁弁、２０は第一の電磁弁、２１はインク補充ポンプ、２２は第二の電磁弁、２２ａは電磁三方弁、２３は第一の流路、２４は第二の流路、３０は負圧リザーバ、３１はインク導入部材、３２は密閉容器、３３は開口部、３４はチューブ、３５は第三の電磁弁、３６はレベルセンサ、４０は負圧調整機構、４１は空気吸引ポンプ、４２は空気補充ポンプ、４３は電磁三方弁、である。

Claims

インクを吐出して記録媒体に記録を行うインクジェット記録ヘッドと、該記録ヘッドに供給するインクを保持するメインインク袋を備えたメインタンクと、該メインタンクから前記記録ヘッドへインクを供給するためのインク供給路と、該インク供給路の途中に設けられインクを一時的に保持し前記記録ヘッドへ供給するサブタンクとを有するインクジェット記録装置において、
前記サブタンクは前記メインタンクからのインク導入をするためのインク導入口と前記記録ヘッドへインクを導出するインク導出口とを一体化した流路を形成し、該流路に接続されたサブタンク内に単一の口部で密閉保持されるサブインク袋と、該サブインク袋を被うと同時に外部との連通部を備え、該連通部を除いて前記サブインク袋を密閉して保持する密閉容器とを備えるとともに、前記連通部に連通し、前記サブインク袋と前記密閉容器との空間を負圧に調整可能とする負圧調整手段を備えており、前記メインタンクと前記サブタンク間の流路に第一の電磁弁を設けると共に、該第一の電磁弁の下流で二つの流路に分岐し、第一の流路にインク搬送ポンプを、第二の流路に第二の電磁弁をそれぞれ設け、前記サブタンクと前記記録ヘッド間の流路に第三の電磁弁を設け、通常印刷時には第一の流路のみでインクを供給し、メンテナンス時には第二の流路も使用してインクを供給するようにしたことを特徴とするインクジェット記録装置。
前記インク搬送ポンプは、インク搬送方向と逆方向にインクが逆流することを防止する手段を有し、前記サブインク袋に負圧を付加した時にインク搬送方向に対しインク漏れがない状態に塞き止め保持することができる液体ポンプである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。
前記負圧調整手段は、前記密閉容器内の圧力を測定する圧力センサと、前記圧力センサと密閉容器内へ空気吸引を行うポンプと、空気補充を行うポンプとを備え、前記圧力センサ信号から前記空気吸引ポンプと前記空気補充ポンプの動作を制御する負圧調整制御部とを備えるとともに、前記負圧調整手段と前記密閉容器を接続する空気流路に、大気開放するための３方電磁弁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。
前記メインタンクは、容易に着脱可能に保持されている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。