JP4734938B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、インク液滴を噴出するノズルを複数個有するプリントヘッドと、前記プリントヘッドと連通しインクを密閉する密閉手段とを有するインクジェット記録装置に関するものである。

従来のインクジェット記録装置について、図６を用いて説明する。従来のインクジェット記録装置は、インク液滴を噴出するノズルを複数個有するプリントヘッド１と、インクを貯留しプリントヘッド１と連通したインクタンク１１と、インクタンク１１を密閉する密閉剛体容器４と、密閉剛体容器４内の圧力を検知する圧力センサ５と、密閉剛体容器４内の空気を吸引する空気吸引ポンプ６と、インクタンクのインクレベルを検知するインクレベルセンサ８ａと、プリントヘッド１とインクタンク１１間の経路を開閉する電磁弁１０ａと、密閉剛体容器４の空気の出入り口となる大気開放孔１５とで構成されていた（例えば、特許文献1参照）。ここで、空気吸引ポンプ６は、インクレベルセンサ８ａによりインクタンク１１のインクレベルに応じた負圧値になるまで駆動を続け、負圧値は圧力センサ５により検知されていた。

また、図７に示すように、密閉剛体容器４内の負圧力によって開閉する圧力調整弁１６を配設したものもあった（例えば、特許文献２参照）。この場合も、上記したように、空気吸引ポンプ６は、インクレベルセンサ８ａにより、インクタンク１１のインクレベルに応じた負圧値になるまで駆動を続け、負圧値は圧力センサ５により検知されていた。

また、空気吸引経路に、圧力計と、若干外部から空気吸引経路に空気が流入するような速度制御弁とを設け、空気吸引経路内の負圧が増大すると、速度制御弁から外部の空気を流入させ、空気吸引経路内の負圧を一定に保持する構成であった（例えば、特許文献３参照）。

また、メインタンクとプリントヘッド間にサブタンクを設けることにより、メインタンク交換時はサブタンクのインクで印刷を行い、印刷を停止させないで連続印刷を可能にしたものもあった（例えば、特許文献４参照）。

さらに、メインタンクがサブタンクよりも低い位置にあるため、メインタンクのインクをポンプでサブタンクに充填するものであった（例えば、特許文献３参照）。

特開平６−７９８８１号公報

特開２００１−１６２８３４号公報

特開２００３−１８２１０４号公報

特開２００１−１１３７１６号公報

図６に示した従来のインクジェット記録装置においては、大気開放孔１５により、密閉剛体容器４内の負圧を保持することができず、インクが垂れたり漏れたりしないようにするためには、空気吸引ポンプ６を常時駆動させなければならなかった。印刷やインクのパージ等によるインク消費量が多い場合は、大気開放孔１５をこれに比例して大きくしなければならないため、負圧の保持は一層困難となり、空気吸引ポンプ６の駆動量が増し、空気吸引ポンプ６の早期劣化を引き起こしていた。

また、図７に示した従来のインクジェット記録装置においては、プリントヘッド1のメニスカスを、印刷に適した状態とするための密閉剛体容器４内の負圧力は微小であるにもかかわらず、圧力調整弁１６の滑動が難しいため、開閉動作による圧力変化量が大きくなっていた。また、この不具合は、インクの消費量が多い場合は、圧力調整弁１６の開口径を大きくしなければならないため、より顕著に現れていた。

さらに、若干外部から空気吸引経路に空気が流入するような速度制御弁を設けて空気吸引経路内の負圧を保持する構成では、インクの消費量に高精度に比例して空気を補充する微調整ができず、また、インクの消費量が多いときには、補充できる容量が小さいため対応できなかった。

また、サブタンクを設ける構成では、サブタンク内のインク残量が所定量より少なくなると、メインタンクから直接インク補給を行っていたため、インクがフルの状態からエンプティの状態になるまでには裕度があり、負圧の安定性を損なっていた。

本発明は、 インクを貯蔵するメインタンクと、密閉された容器内でインクを保持するサブタンクと、インク液滴を噴出するノズルを複数個有するプリントヘッドと、前記メインタンクと前記サブタンクを連通させるために配設した第１のインク供給路と、前記プリントヘッドと前記サブタンクとを連通させるために配設した第２のインク供給路と、前記サブタンク内の圧力を検知する圧力検知手段と、前記サブタンク内の空気を吸引するべく前記サブタンクと第１のチューブを介して導通された空気吸引手段と、前記サブタンク内のインクのレベルを検知するインクレベル検知手段とを有するインクジェット記録装置において、前記サブタンクに空気を補充する空気補充ポンプを、第２のチューブを介して前記サブタンクに導通するように設けると共に、前記第１のインク供給路に前記インクを補充するインク補充ポンプを配設したことを特徴とする。

また、前記空気補充ポンプが、ロータリーポンプからなることを特徴とする。

また、前記空気補充ポンプが、０．１５ｍｌ単位で空気を補充する手段を有し、かつ６０ｍｌ／ｍｉｎの流量を得られる容量を有することを特徴とする。

また、前記空気補充ポンプを、前記圧力検知手段の出力に基づき制御することを特徴とする。

また、前記インク補充手段を、前記インクレベル検知手段の出力に基づき制御することを特徴とする。

本発明によれば、密閉手段内の負圧力を高精度に調整し、プリントヘッドのメニスカスを、印刷に最適な状態に維持することができる。

また、空気吸引手段さらには空気補充ポンプの駆動量を低減させ、装置の長寿命化を図ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例について詳細に説明する。

図１は、本発明にかかるインクジェット記録装置の構成例を示す。図１において、プリントヘッド１は、インク液滴を噴出するノズルを複数個備えている。また、プリントヘッド１と連通し、インクが貯留されたメインタンク２と、メインタンク２とプリントヘッド１のインク供給路間にサブタンク３とが配設されている。サブタンク３は、密閉手段である密閉剛体容器４により密閉され大気の出入りを閉ざしている。また、密閉剛体容器４には、密閉剛体容器４内の空間の圧力を検知する圧力検知手段である圧力センサ５と、密閉剛体容器４内の空気を吸引する空気吸引手段である空気吸引ポンプ６と、密閉剛体容器４内に空気を補充する空気補充ポンプ７とが接続されている。さらに、サブタンク３のインクレベル検知手段であるインクレベルセンサ８ａと、消費分のインクをサブタンク３に補充する、インク補充ポンプ９と、メインタンク２のインクレベル検知手段であるインクレベルセンサ８ｂ、プリントヘッド１とサブタンク３との経路を開閉する電磁弁１０ａとで構成されている。

プリントヘッド１のメニスカスが、印刷に適した負圧の状態になるように、空気吸引ポンプ６または空気補充ポンプ７の駆動を制御することにより、密閉剛体容器４内の圧力を調整する。これによりに、常に安定したメニスカスが形成される。

メインタンク２とサブタンク３には、インクを大気から遮断し、空気の透過を防止するガスバリア性と、負圧を作りやすくするための可とう性を有するタンクを用いることが望ましい。

電磁弁１０ａは、所定の圧力を受けたときのみ開き、装置の電源を切った時には、閉じることにより、負圧制御しなくてもプリントヘッド１からのインクの垂れや空気の浸入を防止できる。

インクの消費により、密閉剛体容器４内の負圧が高くなり、サブタンク３の圧力水頭とプリントヘッド１の圧力水頭の水頭差が小さくなった場合は、インクレベルを一定に保つために、インク補充ポンプ９を介してメインタンク２からサブタンク３にインクを補充する。また、サブタンク３のインク量は、インクレベルセンサ８ａによりインク補充ポンプ９を駆動して制御する。

また、サブタンク３内のインク量が少なくなると、密閉剛体容器４内の圧力が低くなるため、空気補充ポンプ７を駆動し、必要以上に低くなるのを防止する。一方、インクがサブタンク３内に供給されると、密閉剛体容器４内の圧力は高くなるので、この圧力を緩和するために空気吸引ポンプを駆動する。

空気吸引ポンプ６および空気補充ポンプ７を駆動して、圧力センサ５により密閉剛体容器４内の圧力を制御し最適化する。つまり、インクの消費による圧力変動を、空気補充ポンプ７およびインク補充ポンプ９を使用することで、容量に制約されず、かつ高精度に制御できた。

空気吸引ポンプ６、空気補充ポンプ７およびインク補充ポンプ９は、それぞれ駆動量を可変かつ経路を封止可能な構造とすることが望ましい。つまり、空気吸引ポンプ６と空気補充ポンプ７は、密閉剛体容器４内の空気と外部の大気とを直接導通させず、チューブ１４を介して常に圧力を調整する。また、インク補給ポンプ９は、メインタンク２とサブタンク３を直接導通させず、チューブ１４を介して常にインクを補充することが望ましい。

上記実施例を達成するポンプとしては、弁構造が無く、大容量でかつ高精度な制御が可能であるロータリーポンプが特に好ましい。ロータリーポンプは、図５に示すように、ローター１２と、ローター１２に沿って湾曲形成されたガイド１３と、ローター１２とガイド１３との間に挿通されたチューブ１４と４個のローラー１２ａとからなる。ローター１２は、矢印方向に回転することにより、弾性のあるチューブ１４の一点をローラー１２ａで押し潰し、ローラー１２ａをそのまま移動させてチューブ１４内部の流体（ここでは、空気もしくはインク）を矢印方向に搬送する。ローラー１２ａが移動した後、押し潰された箇所は、チューブ１４の復元力によって元の形状に戻る。その際にチューブ１４内部には真空が発生するので、次の流体を吸引することができる。ロータリーポンプはこの動作を連続的に行うことで、吸引・搬送というポンプ機能を実現したものである。密閉剛体容器４内の空気と外部の大気とを直接導通させずに、吸引または補充が可能であるため特に望ましい。インク補給ポンプとして使用する際は、インク耐性があるチューブを選択する。容量を大きくする場合は、ローラー１２ａが２個のものを選択することもできる。例えば、（株）ウエルコ製の高性能チューブポンプＷＰＸ−１、ギヤードモータＭ（回転数３５〜１５０ｍｉｎ^−１）、チューブサイズ３．２（内径３．２×外径６．４ｍｍ）を使用することができる。

インク吐出量３０ｐｌ、ノズル数１９２個、プリントヘッド数２０個、駆動周波数３０ｋＨｚおよび印刷密度２５％の条件で印刷を行った場合は、下式に示す空気量を補充する場合が生じる。

また、プリントヘッド１のメニスカスに作用する圧力変動を低減するためには、密閉剛体容器４内の体積変化を低減する必要がある。空気補充ポンプ７は、より微小量の空気を補充できることが望ましい。上記ポンプは、ローター１２、１回転当たりで０．６ｍｌの流量があるため、回転数を３５ｍｉｎ^−１とした場合は、２１ｍｌ／ｍｉｎ．となる。さらにローラー１２ａが４個あるポンプを使用すると、制御可能な最少量は０．６／４＝０．１５（ｍｌ）となるため、０．１５ｍｌ単位で空気を補充できる。

サブタンク３内のインク量２００ｍｌ、密閉剛体容器４の容量を９００ｍｌとした場合、密閉剛体容器４内に０．１５ｍｌ空気を補充したときの圧力変動は、次式からおよそ２２Ｐａである。これは印字を行うに際し、許容できる圧力変動の範囲である±１００Ｐａ以内であるため好ましい。

また、圧力センサ５の分解能は１０Ｐａであった。

上記のように、空気補充ポンプ７は、０．１５ｍｌ単位で空気を補充できる手段を有し、かつ６０ｍｌ／ｍｉｎの流量を得られる容量を有するものが好ましい。

また、密閉剛体容器４内の空気層は、脈動を緩和するのに十分な容積を有することが望ましい。また、インク補給ポンプ９の補充量は、プリントヘッド１のメニスカスが、印刷に最適な負圧を保つことができる最大量とするとよい。さらに、インク補充の際の脈動伝達を防ぐために、メインタンク２からサブタンク３へインクを補給する向きと、サブタンク３からプリントヘッド１へインクを供給する向きを相反する構成にするとよい。

メインタンク２のインクレベルは、インクレベルセンサ８ｂにより検知する。メインタンク２のインクがエンプティになったらメインタンク２を交換する。メインタンク２の交換時には、インク補給ポンプ９を封止し、サブタンク３のインクのみで印刷を行う。インクレベルセンサ８ａを複数配置してインクレベルに応じた負圧とし、プリントヘッド１のメニスカスを常に安定にすることが好ましい。

上記の実施形態では、サブタンク３にガスバリア性と可とう性を有する袋を用いて、インクを空気から遮断する構成としたが、図２に示すように、インクを密閉剛体容器４に直接保持する構成としても、上記実施例と同等の効果が得られる。ただし、プリントヘッド１を高周波駆動した時に、インクの溶存空気が気泡となってプリントヘッド１内に滞留することにより不吐出が発生する場合があるので、インクは空気を遮断する構成とすることがより望ましい。この不吐出を軽減するために、あらかじめ脱泡または脱気したインクを使用する場合は、図１のようにサブタンク３を設けた構成とした方が、インクを空気から遮断できるため望ましい。

また、上記の実施形態では、インクレベルが一定になるようにインクを補充する構成としたが、図３に示すように、メインタンク２を取り外し、インクレベルを段階分けすることにより、インクレベルに応じた圧力設定を行う構成としても、上記実施形態と同等の効果が得られる。ただし、メインタンク２から常時インクを補充し、インクレベルを一定に制御するサブタンク３を配置した構成の方が、常に印刷時のインクを確保することができ、連続印刷が可能であり、かつ、サブタンク３を小容量にすることができるという点で優れているため、メインタンク２を設け、サブタンク３のインクレベルを一定に制御することがより望ましい。

上記した実施形態では、メインタンク２を交換することによりインクを補給する構成としたが、サブタンク３の交換またはサブタンク３と密閉剛体容器４を一体として交換した場合でも上記実施形態と同等の効果が得られる。ただし、サブタンク３の交換またはサブタンク３と密閉剛体容器４一体としての交換よりも、メインタンク２を交換する方が容易であるため、メインタンク２を交換することが望ましい。

また、上記した実施形態では、インクレベルセンサ８ａによりインクを補充する構成としたが、圧力センサ５によりインクを補充する構成としても上記実施形態と同等の効果が得られる。ただし、圧力センサ５によるセンシングよりも、インクレベルセンサ８ａを用いたインク補充の方が、水頭差を正確に保つことができ、プリントヘッド１のメニスカスを適正な負圧に調整することができるため、インクレベルセンサ８ａを配設することが望ましい。

さらに、上記した実施形態では、インク補給ポンプ９を経路封止可能な構成としたが、図４に示すように、電磁弁１０ｂと経路封止可能でないインク補給ポンプ９を組み合わせる構成としても上記実施形態と同等の効果が得られる。ただし、より簡素化するためには、電磁弁１０ｂを取り除き、封止可能なインク補給ポンプ９を配設することが望ましい。

本発明によれば、大気開放孔１５や圧力調整弁ではなく、空気補充ポンプ７を配設することで空気吸引ポンプ６の駆動量を低減できるため、装置が長寿命化した。また、密閉剛体容器４内の負圧を高精度に制御できるため、プリントヘッド１のメニスカスを印刷に最適な状態に安定して保つことが容易になった。

さらに、インク補充ポンプ９を配設することで、空気補充ポンプ７の駆動量を低減できるため、装置がより長寿命化した。また、常にインク量を検知し、インク消費分のインクを補充することにより、プリントヘッド１のメニスカスを印刷に最適な状態に安定して保つことが容易になった。

また、本発明によれば、インクの大気への開放部が、インク液滴を噴出するプリントヘッド１のノズルのみであるため，インクと空気との接触を防止できる。このため、あらかじめ使用するインクを脱泡または脱気した場合に特に有効である。

本発明であるインクジェット記録装置の実施形態を示す概略図。 本発明であるインクジェット記録装置の他の実施形態を示す概略図。 本発明であるインクジェット記録装置の他の実施形態を示す概略図。 本発明であるインクジェット記録装置の他の実施形態を示す概略図。 本発明であるインクジェット記録装置に使用可能な空気吸引手段、空気補充ポンプおよびインク補充手段であるロータリーポンプの概略図。 従来のインクジェット記録装置の一例を示す概略図。 従来のインクジェット記録装置の他の例を示す概略図。

符号の説明

１ プリントヘッド
２ メインタンク
３ サブタンク
４ 密閉剛体容器
５ 圧力センサ
６ 空気吸引ポンプ
７ 空気補充ポンプ
８ａ インクレベルセンサ
８ｂ インクレベルセンサ
９ インク補充ポンプ
１０ａ 電磁弁
１０ｂ 電磁弁
１１ インクタンク
１５ 大気開放孔
１６ 圧力調整弁

Claims (5)

1. インクを貯蔵するメインタンクと、密閉された容器内でインクを保持するサブタンクと、インク液滴を噴出するノズルを複数個有するプリントヘッドと、前記メインタンクと前記サブタンクを連通させるために配設した第１のインク供給路と、前記プリントヘッドと前記サブタンクとを連通させるために配設した第２のインク供給路と、前記サブタンク内の圧力を検知する圧力検知手段と、前記サブタンク内の空気を吸引するべく前記サブタンクと第１のチューブを介して導通された空気吸引手段と、前記サブタンク内のインクのレベルを検知するインクレベル検知手段とを有するインクジェット記録装置において、
   前記サブタンクに空気を補充する空気補充ポンプを、第２のチューブを介して前記サブタンクに導通するように設けると共に、前記第１のインク供給路に前記インクを補充するインク補充ポンプを配設したことを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記空気補充ポンプが、ロータリーポンプからな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。
3. 前記空気補充ポンプが、０．１５ｍｌ単位で空気を補充する手段を有し、かつ６０ｍｌ／ｍｉｎの流量を得られる容量を有することを特徴とする請求項２記載のインクジェット記録装置。
4. 前記空気補充ポンプを、前記圧力検知手段の出力に基づき制御することを特徴とする請求項１乃至３記載のインクジェット記録装置。
5. 前記インク補充手段を、前記インクレベル検知手段の出力に基づき制御す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。
   

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