JP5040039B2 - インク供給システム - Google Patents

Description

本発明は、インクジェットプリンタのためのインク供給システムに関する。特に、本発明は、インクの供給が制御された圧力にてインク放出位置に提供されるように、印刷ヘッドを満たし、供給されるインクの圧力を可変できる、インク供給システムに関する。

インクジェットプリンタにおいては、印刷ヘッドからのインクの放出を一貫させるために、放出位置において、インクの静圧を精密に制御することが必要とされる。ＥＰ １２２４０７９号及びＥＰ １３６６９０１号に開示されているような印刷ヘッドにおいても、インク流れの精密な制御が必要とされる。経験的には、ＥＰ １２２４０７９号及びＥＰ１３６６９０１号に開示されている印刷ヘッドの圧力は、約±２０Ｐａに修正されることを必要とし、それらの周期的な変動は、印刷の品質に変動が見えないためには、約±２Ｐａを下回ることが必要である。

印刷ヘッドに供給されるインクの圧力を制御する簡単な方法は、重力を使用することである。インクリザーバは、インクの表面が周辺圧力に開かれ、印刷ヘッドの高さの上方又は下方に取り付けられ、印刷ヘッドによって要求される、正又は負のインク圧力を発生する。放出位置における必要な入口圧力は、印刷ヘッドに対してインクリザーバの高さを機械的に調整することで設定される。また、インクを、リザーバにポンプによって供給することができる。

いくつかのインクジェットプリンタは、印刷ヘッドを通って絶えずインクが流れることを必要とし、これは、インクが印刷ヘッドを出入りして流れるために、印刷ヘッドは入口と出口との両方を有することを必要とする。これらのプリンタにおいては、かかる出口におけるインクの圧力は、重力によって制御され、そのために、出口管から、印刷ヘッドの下方の所定のレベルへ、インクを大気圧に流すようにする。また、このレベルは、放出位置において正しい動作条件（インク圧力及び流量など）を達成するように、機械的に調整される。

重力供給システムの公知の不都合は、
・圧力を変えるには、リザーバを物理的に動かす必要があること。
・リザーバの位置は、必要な圧力によって決められること。
・リザーバのすべての調整可能な範囲に適応するには、大きな体積の空間が必要になること。
・印刷ヘッドをインクで満たすには、印刷中に必要とされる圧力とは非常に異なる圧力にて、インクを供給することで補助されること。重力供給システムでは、リザーバを動かして、これらの圧力を達成するには、大きな空間と、典型的には、かなりの時間が必要である。
・インクの表面は大気に開かれていなければならないので、埃又はその他の汚染物がインクを汚染するリスクが高いこと。

ＷＯ ９７／４４１９４号及びＥＰ １０９２５４８号が開示しているインク供給システムでは、インクは、堰を使用して、リザーバ内の一定のレベル又は高さに維持されるが、しかしながら、これらのシステムはすべて、重力を使用して、放出位置での圧力を設定している。

ＷＯ ２００６／０３０２３５号が開示しているシステムは、液体供給装置のノズルの入口と出口におけるインクの圧力は、液体供給装置のノズルの入口と出口の箇所における堰の上方の空気の圧力を制御することによって制御される。堰の機能を維持するために、リザーバから堰を越えて流れたインクを取り除く必要がある。

ＷＯ ２００６／０３０２３５号は、メインインクタンク内のインクの圧力を下げることにより、流れ制限部を通ってメインインクタンクにインクを吸い戻す方法を開示している。しかしながら、インクがリザーバからメインインクタンクに引き入れられる速度は、リザーバに対するインクタンクの位置に依存し、これを考慮して流れ制限の大きさを補償することが必要である。加えて、インクがリザーバからメインインクタンクに引き入れられる速度は、任意の特定の瞬間に、流れ制限部を通過してガス又はインクのいずれが流れるのかに依存する。非常に短い応答時間をもった制御システムを用いて、圧力が非常に慎重に制御されない限り、流量の変動は、リザーバ内の圧力の変動につながる傾向がある。

この問題点を解決するために、ＷＯ ２００６／０３０２３５号には、浮きを使用する方法が提示されている。これらの浮きの高さは、センサを使用して監視され、これにより、オーバーフローが不十分な速度で排出されたり、空気が引き出されたりするのを回避している。しかしながら、浮きとセンサとを具備することは、システムのコストを高騰させ、追加的な故障のメカニズムを導入することになる。

本発明においては、チャンバに浮きを含めることに関連した、信頼性の不都合を伴うことの無い方法で、堰をオーバーフローした液体を抜き取る方法が提示される。

本発明によれば、制御された圧力にて液体を供給し又は受けるためのインク管理システムが提供され、このシステムは、
閉じたリザーバと、
リザーバ内に配置され、リザーバを第１のチャンバと第２のチャンバとに分割するように構成された堰と、を備え、
第１のチャンバは、第１の遠隔位置から液体を受けるための入口を有し、
堰は、第１のチャンバの液体レベルが一定の高さに維持されるように配置され、
リザーバは周辺大気からシールされており、システムはさらに、第２のチャンバに配置されており、リザーバの内部に収容された液体及びガスを取り除くように配置された圧送吸出口を備えている、ことを特徴とする。

周辺大気から独立した堰を備えたリザーバを有する利点は、リザーバ又は堰の高さを調整する必要が無く、インクの表面を覆うガスの圧力を調整することで、インクの圧力が制御できることである。ガスの圧力を制御するには、圧力センサ、アクチュータ、及び、何らかの制御電子回路を配置して、アクティブフィードバックループで圧力を制御する。

第１のチャンバはさらに、第２の遠隔位置へ液体を供給するための出口を備えている。

システムはさらに、リザーバの内部の圧力が制御されるように、圧送吸出口に取り付けられたポンプを制御するための手段を備えている。

システムはさらに、使用時に、リザーバにガスを出入りするようにポンプ送出する、追加的なポンプを配置されて備えている。システムはさらに、リザーバの内部の圧力が制御される、追加的なポンプを制御するための手段を備えている。

システムはさらに、リザーバを、周辺圧力より高い、低い、又は等しいガスに接続し、使用時に、リザーバから出入りするよう、ガスを逃がすように構成されたオリフィスを備えている。システムはさらに、リザーバの内部の圧力が制御されるように、オリフィスを制御するための手段を備えている。

インクジェットプリンタは、インク管理システムを具備し、インク管理システムから液体を供給される印刷ヘッドを具備して提供される。印刷ヘッドは、第１の遠隔位置でよい。印刷ヘッドは、第２の遠隔位置でもよい。

インクジェットプリンタは、２つのインク管理システムを具備し、一方のシステムは、印刷ヘッドに液体を供給し、他方のシステムは、印刷ヘッドからインクを受け取り、それにより、印刷ヘッドに供給される液体の圧力と、印刷ヘッドから除去される液体の圧力とを制御し、制御された速度及び制御された圧力にて、印刷ヘッドを通ってインクが流れる。

本発明は、さらに有利であり、というのは、
・リザーバの機械的な動きが必要ないこと。
・リザーバの位置が、必要な圧力によって束縛されないこと。
・リザーバの動きに適応するのに必要な空間が不要なので、システムが小型であること。
・印刷ヘッドをインクで満たし、印刷ヘッド及びインク系統の空気をパージするのが、簡単であり、大きな圧力範囲にわたって、圧力は迅速に且つ制御可能に増減できること。
・密封されたリザーバは、埃及び他の汚染物がインクに達するのを防ぐ。

次に、本発明の例示的なシステムについて、図１を参照して説明する。

システムを示した断面図である。

図１は、インクリザーバ１０を示しており、遠隔位置（図示せず）から入口管１１を通して、インクが供給される。インクは、リザーバの底部から出口管１２を介して出て、印刷ヘッド（図示せず）へ向かう。リザーバ１０の中には、堰１３が配置され、リザーバを第１のチャンバ１４と第２のチャンバ１５とに分割している。インクは、入口管１１を通して第１のチャンバ１４にポンプ送出され、ついには、インクは、堰１３の上部の高さに達し、この箇所で、インクは堰１３から第２のチャンバ１５へとオーバーフローする。一定の高さの堰は、第１のリザーバの中のインクの体積を一定として、インクの表面と放出位置との間の垂直変位を一定とする。インクは、オーバーフロー戻りライン２０を通してインクをポンプ送出することで、第２のチャンバ１５から取り除かれる。オーバーフロー戻りラインは、第２のチャンバ１５からインクとガスの両方をポンプ送出するように構成されている。

また、リザーバ１０におけるインク表面の上方の空気圧は、制御され、圧力センサ１６によって測定される。空気は、（任意の所定の圧力の空気が供給される）空気出入りバルブ１７を通して、リザーバ１０を出入りし、又は、リザーバの中の圧力を設定点に維持するために、ポンプ１８によってリザーバを出入りしてポンプ送出される。リザーバ１０の中のインク面の上方における空気圧は、制御回路１９又はコンピュータ（図示せず）を介したプログラムによって、制御され、所望の設定点に設定される。この例においては空気について説明したけれども、任意の他の適当なガスを使用することもできる。

また、リザーバ１０は、インク面の上方の空気圧を制御するために、ポンプ１８が必要とされないように構成することもできる。この例においては、オーバーフロー戻りライン２０のポンプ送出流量は、インクが堰１３をオーバーフローする際の、リザーバ１０の第２のチャンバ１５にインクが供給される流量に比べて大きい。従って、インクと空気との両方は、リザーバ１０から常にポンプ排出される。これは、リザーバ１０における空気の圧力を減少させる。リザーバ１０の中の圧力は、圧力を所望の設定点に維持するために、空気出入りバルブ１７を通してリザーバ１０の中へ空気を出し入れすることで制御される。この例で、ポンプ１８が無ければ、部品の数が少なく、従って、より信頼性が高まるために、複雑さの少ないシステムがもたらされる。

リザーバ１０の設計上、リザーバの中のインクは、一定の動きに保たれ、これは、インクの内部を緩やかに撹拌させ、いくつかのシステムにおいて、顔料など、インク内の不溶解材料の良好な分散を維持するために必要である。

リザーバ１０の中の空気圧の制御によって、リザーバを印刷ヘッドの近くに取り付け、長い長さの配管の必要性を解消する。これは、より小型の印刷システムをもたらし、例えば、スキャン印刷ヘッドを備えて、スキャンすることもできる。

いくつかのインクジェットシステムにおいては、（図示の通り）単一のリザーバで充分であるけれども、別のシステムでは、インクが印刷ヘッドのまわりを流れることを必要とし、このため、２つのリザーバが必要とされる。重力供給の２つのリザーバのシステムにおいては、１つのリザーバは、印刷ヘッドからインクを受けるもので、放出位置の下方のレベルに配置されることを必要とし、１つのリザーバは、印刷ヘッドにインクを供給するもので、他方のリザーバよりも上方のレベルに配置されることを必要とする。本発明のシステムにおいては、両方のリザーバは、それらの位置にかかわらず、リザーバの中のガスの圧力を変化させることによって、所望の圧力に設定される。従って、２つのリザーバを印刷ヘッドに対して正確な高さに維持することは必要ではない。さらに、２つのリザーバのシステムにおいては、印刷ヘッドを通る流れは、それぞれのリザーバの内部の圧力を調整することで、容易に逆にすることができる。

特定の例においては、リザーバは、−５０Ｐａの圧力にて、印刷ヘッドにインクを供給するために使用される。リザーバは、印刷ヘッドからおよそ１５０mm上方に取り付けられ、リザーバ内の空気圧は、大気圧に対しておよそ−１５５０Ｐａである。インクは、入口リザーバ内に２５ｍｌ／分にて圧送され、インク及び空気は、オーバーフローから３０ｍｌ／分にて圧送される。インクは、リザーバから印刷ヘッドへ、およそ２０ｍｌ／分にて流れる。チャンバ内の圧力は監視され、チャンバ内への空気流は、所望の圧力に維持するために、電気的に制御されるオリフィスを用いて制御される。制御回路の測定周波数は、１０ｋＨｚであり、実際の応答時間は、１０ｍｓよりも良好であり、インク供給ポンプ及びインクオーバーフローポンプからの脈動は、±５Ｐａに平滑化される。リザーバの内部のインクの体積は、いつでも、１．８ｍｌであり、空気の体積は、２．４ｍｌである。

Claims (11)

1. 制御された圧力にて液体を供給し又は受けるためのインク管理システムであって、
   閉じたリザーバと、
   リザーバ内に配置され、リザーバを第１のチャンバと第２のチャンバとに分割するように構成された堰と、を備え、
   第１のチャンバは、第１の遠隔位置から液体を受けるための入口を有し、
   堰は、第１のチャンバの液体レベルが一定の高さに維持されるように配置され、
   リザーバは周辺大気からシールされており、システムはさらに、第２のチャンバに配置され、リザーバ内のガスの圧力を制御するために、リザーバの第２のチャンバからの液体、及びリザーバの内部に収容されたガスの両方を取り除くように配置された圧送吸出口を備えていることを特徴とするシステム。
2. 第１のチャンバはさらに、第２の遠隔位置へ液体を供給するための出口を備えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. さらに、リザーバの内部の圧力が制御されるように、圧送吸出口に取り付けられたポンプを制御するための手段を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。
4. さらに、リザーバにガスが出入りするよう、圧送するように配置された追加的なポンプを備えていることを特徴とする請求項１、２、又は３に記載のシステム。
5. さらに、リザーバの内部の圧力が制御されるように、追加的なポンプを制御するための手段を備えていることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
6. さらに、リザーバを、大気圧よりも高い、低い、又は大気圧と等しいガスに接続し、リザーバから出入りするようにガスを逃がすべく構成されたオリフィスを備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシステム。
7. さらに、リザーバの内部の圧力が制御されるように、オリフィスを制御するための手段を備えていることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
8. インクジェットプリンタであって、請求項２に記載のインク管理システムを具備し、インク管理システムの第１のチャンバの出口から液体を供給される印刷ヘッドを備えていることを特徴とするインクジェットプリンタ。
9. 印刷ヘッドは、第１の遠隔位置であることを特徴とする請求項８に記載のインクジェットプリンタ。
10. 印刷ヘッドは、第２の遠隔位置であることを特徴とする請求項２に従属する請求項８に記載のインクジェットプリンタ。
11. インクジェットプリンタであって、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の２つのインク管理システムを具備し、一方のシステムは、印刷ヘッドに液体を供給し、他方のシステムは、印刷ヘッドからインクを受け取り、それにより、印刷ヘッドに供給される液体の圧力と、印刷ヘッドから除去される液体の圧力とを制御し、制御された速度及び制御された圧力で、印刷ヘッドを通ってインクが流れることを特徴とするインクジェットプリンタ。

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