JP6431627B2

JP6431627B2 - 液量計測装置、及びインクジェット装置

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Publication number: JP6431627B2
Application number: JP2018016439A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　哲哉; 哲哉佐藤
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba TEC Corp
Priority date: 2018-02-01
Filing date: 2018-02-01
Publication date: 2018-11-28
Anticipated expiration: 2035-07-13
Also published as: JP2018099893A

Description

本発明の実施形態は、液量計測装置、及びインクジェット装置に関する。

インクジェットヘッドでのインクの乾燥を防止するための技術が種々提案されている。従来の装置では、インクジェットヘッドとインクタンクとの間でインクを循環させるための循環系が形成されている。このため、インクジェットヘッド内部で長時間インクが滞留することがなく、インクジェットヘッドでのインクの乾燥を防止することができる。

上述の循環系では、ヘッドが動作しているときには、インクの圧力が変動する。このため、循環系では、循環するインクの圧力を制御して、出力画像の印字抜けなどを未然に防止するための制御が行われる。この種の制御は、例えばヘッドの上流側と下流側にそれぞれ配置されたインクタンクの圧力の差が一定になるように、それぞれのインクタンクの圧力を調整することにより行われる。そのため、ある程度正確に、インクタンクに貯留するインクの量を検出する必要がある。

インクの量の検出は、インクの量に応じて変化する静電容量に基づいて液量を検出するセンサや、超音波を用いて液面の高さを検出するセンサなどが、知られている。しかしながら、これらのセンサは、値段が高いため装置の製造コストが増加するという不都合がある。

特開２００７−３１３８８４号公報

本発明は、装置に係るコストを削減することを課題とする。

上記課題を解決するため、本実施形態に係る液量計測装置は、タンク内の液の液面に合わせて移動するフロートと、フロートに貼り付けられ、フロートの移動方向に交差する方向の寸法が移動方向に沿って変化する導体と、導体を検出する誘導型センサと、一端が、液面に平行な軸回りに回転可能に支持され、他端が、フロートに接続された支持部材と、を有する。

本実施形態に係るインクジェット装置のブロック図である。タンクユニットの斜視図である。タンクユニットの断面図である。フロートの斜視図である。フロートの動作を説明するための図である。近接センサの斜視図である。近接センサのコイルと、フロートのターゲットとの位置関係を示す図である。近接センサの出力特性を示す図である。

以下、本実施形態を、図面を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るインクジェット装置１を模式的に示すブロック図である。

図１に示されるように、インクジェット装置１は、インクジェットヘッド２０と、インクジェットヘッド２０にインク７０を供給するインク供給装置１０を備えるモノクロのインクジェット装置である。

インクジェットヘッド２０は、ピエゾ素子を用いてインク７０を射出するピエゾ方式のインクジェットヘッドである。インクジェットヘッド２０は、複数のノズルと、それぞれのノズルにインク７０を循環させるための流路を有している。インクジェットヘッド２０については、特開２００９−２０２４７５号公報に、構造や製造方法が詳細に開示されている。

インク供給装置１０は、上流側タンク１１、下流側タンク１２、調整タンク１３、バッファタンク１４，１５の５つのインクタンクと、循環ポンプＰ１、圧力調整ポンプＰ２の２つのポンプと、演算器５１、制御装置５２、及びポンプ駆動装置５３からなる制御系とを有している。

上流側タンク１１と下流側タンク１２は、管路ＰＬ１によって接続されている。またバッファタンク１４は、管路ＰＬ２を介して上流側タンク１１と接続され、管路ＰＬ３を介してインクジェットヘッド２０と接続されている。バッファタンク１５は、管路ＰＬ５を介して下流側タンク１２と接続され、管路ＰＬ４を介してインクジェットヘッド２０と接続されている。

上流側タンク１１と下流側タンク１２は、大きさ及び形状が相互に等しく、インクジェットヘッド２０に供給されるインク７０が貯留されている。上流側タンク１１及び下流側タンク１２は、インク供給装置１０が載置される床面からの高さが等しくなるように支持されている。上流側タンク１１と下流側タンク１２の内部は、外気に対して負圧になるように圧力が制御される。

バッファタンク１４，１５は、大きさ及び形状が相互に等しく、上流側タンク１１及び下流側タンク１２よりも容量が小さい。例えば、バッファタンク１４，１５の容量は、２５ｍｌ乃至１００ｍｌ程度である。バッファタンク１４，１５には、容量の半分程度のインク７０が入っている。

図２は、バッファタンク１４，１５を構成するタンクユニット１００の斜視図である。図２に示されるように、タンクユニット１００は、内部が中空のタンク本体１０１、タンク本体１０１に形成された空間を密閉するための蓋１０２、タンクユニット１００に貯えられるインクの量を計測するための近接センサ３３Ａ，３３Ｂを有している。

図３は、タンクユニット１００の断面を示す図である。タンクユニット１００のタンク本体１０１は、例えばプラスチックなどの樹脂からなり、上方が開放された部材である。タンク本体１０１の内部には２つの空間１４０，１５０が形成されている。この空間１４０，１５０は、バッファタンク１４，１５を構成する。

タンク本体１０１には、タンク本体１０１の上面の外縁に沿って外側へ突出するフランジ部１０１ａが形成されている。また、図３に示されるように、タンク本体１０１には、空間１４０に通じる通路が形成された突出部１０４，１０５と、空間１５０に通じる通路が形成された突出部１０６，１０７と、が形成されている。

突出部１０５，１０７は、タンク本体１０１の下面に形成されている。突出部１０５，１０７には、インクジェットヘッド２０へ延びる管路ＰＬ３，ＰＬ４がそれぞれ接続されている。

突出部１０４，１０６は、タンク本体１０１の側面に形成されている。突出部１０４には、上流側タンク１１へ延びる管路ＰＬ２が接続されている。また、突出部１０６には、下流側タンク１２へ延びる管路ＰＬ５が接続されている。

図２に示されるように、蓋１０２は、長手方向をＸ軸方向とする長方形板状の部材である。蓋１０２は、タンク本体１０１の上面に配置され、例えばボルトやネジなどによって、タンク本体１０１のフランジ部１０１ａに固定される。蓋１０２によって、タンク本体１０１に形成された２つの空間１４０，１５０が密閉されている。

図３に示されるように、タンク本体１０１に形成された空間１４０，１５０には、フロートユニット２００がそれぞれ配置されている。図４は、フロートユニット２００の斜視図である。図４に示されるように、フロートユニット２００は、フロート２０２と支持部２０１の２部分からなる部材である。

フロート２０２は、例えばプラスチックなどの樹脂からなる。フロート２０２は、長手方向をＹ軸方向とする５角柱状の中空部材であり、インクに浮かぶ。フロート２０２は、下方に向かってＸ軸方向の幅が狭くなるテーパー形状に整形されている。フロート２０２の−Ｙ側の面には、例えば厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼板からなるターゲット２０３が貼り付けられている。ターゲット２０３は、フロート２０２の下端に向かって幅（Ｘ軸方法の寸法）が狭くなる二等辺三角形状に整形されている。

支持部２０１は、長手方向をＸ軸方向とする部材である。支持部２０１の−Ｘ側端部はフロート２０２に接続されており、＋Ｘ側端部には、例えば母線がＹ軸に平行な円筒部２０４が形成されている。

上述のように構成されるフロートユニット２００の円筒部２０４は、図３に示されるように、蓋１０２の底面から下方に延びる支柱１０２ａによって、Ｙ軸に平行な軸回りに回転可能に支持されている。図５に示されるように、フロートユニット２００のフロート２０２は、円筒部２０４の中心軸Ｓ１を中心とする円ＣＲ１に沿って移動する。同様に、フロート２０２に設けられたターゲット２０３も、フロート２０２と一体となって、円ＣＲ１に沿って移動する。

図５を参照するとわかるように、例えば、フロートユニット２００は、タンク本体１０１にインク７０クが入っていない場合には、仮想線で示されるところに位置する。また、インク７０の液面が直線ＬＶ１で示されるところある場合には、実線で示されるところに位置し、インク７０の液面が直線ＬＶ２で示されるところにある場合には、破線で示されるところに位置する。タンクユニット１００では、空間１４０，１５０に貯留するインク７０の液面は、通常直線ＬＶ１に示される位置近傍にある。この状態のときには、図３に示されるように、インク７０の液面は、突出部１０４，１０６よりも高いところに位置した状態になっている。

近接センサ３３Ａ，３３Ｂは、例えば接近した金属材料の距離や大きさに応じた電圧の信号ＳＬ１，ＳＬ２を出力する誘導型のセンサである。近接センサ３３Ａ，３３Ｂは、近接センサ３３Ａ，３３Ｂからおおよそ５ｍｍ以内の距離にある導体の検出が可能である。

図６は、近接センサ３３Ａの斜視図である。図６に示されるように、近接センサ３３Ａは、基板３３１、基板３３１に実装されたＩＣチップ３３３とコイル３３２を有している。ＩＣチップ３３３は、コイル３３２を発振させてコイル３３２の近傍に数１００ｋＨｚ程度の電磁界を発生させる。ＩＣチップ３３３は、コイル３３２の電流が減衰したら減衰度合に応じた値の信号を出力する。

図７は、近接センサ３３Ａのコイル３３２と、フロートユニット２００のターゲット２０３との位置関係を示す図である。図７を参照するとわかるように、近接センサ３３Ａは、そのコイル３３２が、円ＣＲ１上に位置するように、タンク本体１０１の外面に取り付けられる。

図８に示されるように、例えば、ターゲット２０３が、図７の矢印Ａに示される位置にある場合には、近接センサ３３Ａから出力される信号ＳＬ１の値はＶ１となる。ターゲット２０３が、図７の矢印Ｂに示される位置にある場合には、近接センサ３３Ａから出力される信号ＳＬ１の値はＶ２となる。また、ターゲット２０３の矢印Ａに示される位置から矢印Ｂに示される位置までの円ＣＲ１上の位置ｘに対する信号ＳＬ１の電圧Ｖ（ｘ）は、Ｖ１からＶ２までほぼリニアに変化する。

近接センサ３３Ｂも、近接センサ３３Ａと同様に、基板３３１、ＩＣチップ３３３、コイル３３２を有している。近接センサ３３Ｂは、タンク本体１０１の空間１５０に設けられたフロートユニット２００に対向するように配置されている。近接センサ３３Ｂのコイル３３２は、フロートユニット２００のターゲット２０３に対向している。

図１に示されるように、インクジェット装置１では、上述した上流側タンク１１、下流側タンク１２、バッファタンク１４，１５、及び管路ＰＬ１〜ＰＬ５によって、循環経路Ｃ１が形成されている。管路ＰＬ３，ＰＬ４は、他の管路ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ５等と比べて短く、約１５ｃｍ程度である。一方、管路ＰＬ２，ＰＬ５は、約６５ｃｍ程度である。上流側タンク１１及び下流側タンク１２に比べて、バッファタンク１４，１５は、インクジェットヘッド２０対して近接して配置されている。

図１に戻り、管路ＰＬ３，ＰＬ４には、圧力センサ３１，３２がそれぞれ設けられている。圧力センサ３１，３２は、例えば、ダイアフラムを利用したセンサである。圧力センサ３１，３２は、管路ＰＬ３，ＰＬ４を流れるインク７０の圧力を計測し、計測結果に応じた信号ＳＰ１，ＳＰ２を演算器５１へ出力する。

循環経路Ｃ１でのインク７０の循環は、管路ＰＬ１に設けられた循環ポンプＰ１によって行われる。循環ポンプＰ１は、ポンプ駆動装置５３によって駆動され、循環ポンプＰ１が駆動されると、循環経路Ｃ１のインク７０は、上流側タンク１１、バッファタンク１４、インクジェットヘッド２０、バッファタンク１５、下流側タンク１２の順番に循環する。また、循環経路Ｃ１では、インク７０が循環することにより、インク７０に含まれるパーティクルや気泡などが、管路ＰＬ１に設けられたフィルタＦＬによって取り除かれる。

調整タンク１３は、循環経路Ｃ１を循環するインク７０の量を調整するためのタンクである。調整タンク１３は、管路ＰＬ１から分岐した管路ＰＬ６によって、循環経路Ｃ１に接続されている。

調整タンク１３から循環経路Ｃ１へのインク７０の供給と、循環経路Ｃ１から調整タンク１３へのインク７０の供給は、管路ＰＬ４に設けられた圧力調整ポンプＰ２によって行われる。圧力調整ポンプＰ２は、ポンプ駆動装置５３によって駆動され、圧力調整ポンプＰ２が正転すると、調整タンク１３から循環経路Ｃ１へインク７０が送り出される。また、圧力調整ポンプＰ２が逆転すると、循環経路Ｃ１から調整タンク１３へインク７０が送り出される。

圧力調整ポンプＰ２によって、調整タンク１３から循環経路Ｃ１へインク７０が送り出されると、管路ＰＬ３，ＰＬ４を流れるインクの圧力が上昇する。また、圧力調整ポンプＰ２によって、循環経路Ｃ１から調整タンク１３へインク７０が送り出されると、管路ＰＬ３，ＰＬ４を流れるインクの圧力が低下する。したがって、圧力センサ３１，３２から出力される信号に基づいて圧力調整ポンプＰ２を運転して、管路ＰＬ３，ＰＬ４を流れるインクの圧力を制御することにより、インクジェットヘッド２０のインクの圧力を調整することができる。

ポンプ駆動装置５３は、制御装置５２の指示に基づいて、上述した循環ポンプＰ１、圧力調整ポンプＰ２を駆動する。これによって、循環経路Ｃ１でのインク７０の循環、上流側タンク１１と下流側タンク１２の圧力調整が実現する。

演算器５１は、圧力センサ３１からの信号ＳＰ１に示される管路ＰＬ３を流れるインクの圧力ＴＰ１と、圧力センサ３２からの信号ＳＰ２に示される管路ＰＬ４を流れるインクの圧力ＴＰ２から、インクジェットヘッド２０のノズルにおけるインク７０の圧力ＰＮを演算する。圧力ＰＮの演算には以下の式（１）が一例として用いられる。

ＰＮ＝（ＴＰ１＋ＴＰ２）／２…（１）

演算器５１は、上記式（１）に基づいてノズルの圧力ＰＮを算出すると、圧力ＰＮの値に応じた信号ＳＰＮを、制御装置５２へ出力する。

また、演算器５１は、近接センサ３３Ａ，３３Ｂから出力される信号ＳＬ１，ＳＬ２に基づいて、バッファタンク１４，１５に貯留するインク７０の量を演算する。演算器５１は、バッファタンク１４，１５に貯留するインク７０の量を演算すると、バッファタンク１４に貯留するインク７０の量を示す信号ＳＶ１と、バッファタンク１５に貯留するインク７０の量を示す信号ＳＶ２とを、制御装置５２へ出力する。

制御装置５２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵの作業領域となる主記憶部、ＣＰＵに実行されるプログラムを記憶する補助記憶部を有している。制御装置５２は、ポンプ駆動装置５３を介して、循環ポンプＰ１を駆動して、循環経路Ｃ１にインク７０を循環させる。また、制御装置５２は、演算器５１から出力される信号ＳＰＮに基づいて、適宜圧力調整ポンプＰ２を用いた圧力調整制御を行う。

圧力調整制御は、インクジェットヘッド２０のノズルに形成されるインクのメニスカスを最適な状態に維持するための制御である。圧力調整制御では、制御装置５２は、インクジェットヘッド２０のノズルの圧力ＰＮが、−１．７ｋＰａ程度になるように制御を行う。

圧力調整制御では、制御装置５２は、演算器５１からの信号ＳＰＮに示されるノズルの圧力ＰＮと、閾値Ｐｔｈ１とを比較する。そして、ノズルの圧力ＰＮが閾値Ｐｔｈ１以上である場合には、制御装置５２は、圧力調整ポンプＰ２を逆転させて、循環経路Ｃ１から調整タンク１３へ、インク７０を送り出す。これにより、ノズルの圧力ＰＮが、閾値Ｐｔｈ１以下になるまで低下する。本実施形態では、閾値Ｐｔｈ１の値は、−１．７ｋＰａから−１．６ｋＰａ程度とすることが考えられる。

また、制御装置５２は、演算器５１からの信号ＳＰＮに示されるノズルの圧力ＰＮと、閾値Ｐｔｈ２とを比較する。そして、ノズルの圧力ＰＮが閾値Ｐｔｈ２以下である場合には、制御装置５２は、圧力調整ポンプＰ２を正転させて、調整タンク１３から循環経路Ｃ１へインク７０を送り出す。これにより、ノズルの圧力ＰＮが、閾値Ｐｔｈ２以上になるまで上昇する。本実施形態では、閾値Ｐｔｈ２の値は、−１．７ｋＰａから−１．８ｋＰａ程度とすることが考えられる。上述の圧力調整制御により、インクジェットヘッド２０におけるインク７０の圧力ＰＮは、一定に維持される。

更に、制御装置５２は、演算器５１からの信号ＳＶ１，ＳＶ２に示されるインク７０の量を監視する。そして、信号ＳＶ１，ＳＶ２に示されるバッファタンク１４，１５の量が所定の閾値以下になったと判断したら、圧力調整ポンプＰ２を正転させて、調整タンク１３から循環経路Ｃ１へインク７０を送り出す。これにより、循環経路Ｃ１を循環するインク７０の量が一定以上に維持される。その結果、インクジェットヘッド２０のノズルの圧力ＰＮの制御が容易になる。

以上説明したように、本実施形態では、インクジェットヘッド２０のノズルの圧力ＰＮを精度よく制御することが可能になる。したがって、印字抜け等の発生を防止して、精細な画像を形成することが可能となる。

また、本実施形態では、バッファタンク１４，１５の液量の検出が近接センサ３３Ａ，３３Ｂによって行われる。このため、静電容量に基づいて液量を検出するセンサや、超音波を用いて液面の高さを検出するセンサなどの高価なセンサを用いる必要がなく、装置の製造コストやランニングコストを削減することができる。

本実施形態に係る近接センサ３３Ａ，３３Ｂは、インク７０が貯留されるタンクの外部に配置される。このため、タンク内に配線などをする必要がなく、装置の構造をシンプルにすることができる。また、タンク内の密閉性を高めることができる。

本実施形態に係るインクジェット装置１は、上流側タンク１１及び下流側タンク１２とは別に、２つのバッファタンク１４，１５を有している。したがって、上流側タンク１１及び下流側タンク１２だけを備える従来のインクジェット装置と比べて、インクジェットヘッド２０での圧力低下を短時間に解消することができる。

本実施形態では、ターゲット２０３を備えるフロートユニット２００と、近接センサ３３Ａ，３３Ｂから液量計測装置が構成されている。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態によって限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、近接センサ３３Ａ，３３Ｂを用いて、バッファタンク１４，１５のインク７０の量を検出する場合について説明した。これに限らず、例えば、近接センサを用いて上流側タンク１１、下流側タンク１２、或いは調整タンク１３に貯留されるインク７０の量を計測することとしてもよい。この場合にも、高価なセンサを用いる必要がなく、装置の製造コストやランニングコストを削減することができる。

上記実施形態では、ターゲット２０３が二等辺三角形である場合について説明した。これに限らず、ターゲット２０３は、ターゲット２０３の移動方向に直交する方向の寸法が移動方向に沿って変化する形状であればよい。具体的には、ターゲット２０３は、台形や楔形状であれば特定の形状である必要はない。

上記実施形態では、ターゲット２０３がステンレス鋼からなる場合について説明した。これに限らず、ターゲット２０３は、導体であればよく、ステンレス鋼以外の金属から形成されていてもよい。

上記実施形態では、フロートユニット２００のフロート２０２が円ＣＲ１に沿って移動する場合について説明した。これに限らず、フロート２０２が、鉛直方向に移動するようにフロートユニット２００を構成してもよい。

本実施形態に係る近接センサ３３Ａ，３３Ｂの出力特性は、図８に示されるものに限定されるものではない。ターゲットの接近状態に応じた値の信号を出力するセンサであれば、任意の出力特性のセンサを用いることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施しうるものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１インクジェット装置
１０インク供給装置
２０インクジェットヘッド
３３Ａ，３３Ｂ近接センサ（誘導型センサ）
２００フロートユニット
２０１支持部（支持部材）
２０２フロート
２０３ターゲット（金属プレート）

Claims

タンク内の液の液面に合わせて移動するフロートと、
前記フロートに貼り付けられ、前記フロートの移動方向に交差する方向の寸法が前記移動方向に沿って変化する導体と、
前記導体を検出する誘導型センサと、
一端が、前記液面に平行な軸回りに回転可能に支持され、他端が、前記フロートに接続された支持部材と、
を有する液量計測装置。
前記誘導型センサは、前記タンクの外側に配置される請求項１に記載の液量計測装置。
インクジェットヘッドと、
前記インクジェットヘッドへ供給されるインクが蓄えられるインクタンクと、
前記インクタンク内の前記インクの量を計測する請求項１または２に記載の液量計測装置と、
前記インクタンク内の前記インクの圧力を計測する圧力センサと、
前記液量計測装置の計測結果及び前記圧力センサの計測結果に基づいて、前記インクタンクのインクの圧力を制御する制御装置と、
を備えるインクジェット装置。
前記インクタンクは、主タンクと前記主タンクよりも小型のバッファタンクとを備え、前記液量計測装置は、前記バッファタンク内の前記インクの量を計測する、請求項３に記載のインクジェット装置。