JP6768523B2 - 連続インクジェットプリンター用のフィルターモジュール及び連続インクジェットプリンター - Google Patents

連続インクジェットプリンター用のフィルターモジュール及び連続インクジェットプリンター Download PDF

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Description

本発明は、インクジェット印刷に、特に連続インクジェットプリンターのプリントヘッドに供給されるインクの濾過に関する。
インクジェット印刷システムにおいて、印刷は、ノズルで生成され且つ被印刷物に向けて押し出される個々のインクの液滴で構成される。2つの主要なシステム、すなわち、必要に応じて印刷用のインク滴が生成されるドロップオンデマンドと、液滴が連続的に生成され、選択されたものだけが被印刷物に向けられ、他のものがインク供給部に再循環させられる連続インクジェット印刷とがある。
連続インクジェットプリンターはプリントヘッドの液滴発生器に加圧されたインクを供給し、液滴発生器においてノズルから出るインクの連続ストリームが、例えば、振動する圧電素子によって個々の標準的な液滴に分割される。液滴は帯電電極のそばを通り過ぎて移動させられ、一対の偏向プレートを横切って設けられた横電界を通過する前に、帯電電極において選択的に且つ個別に所定の電荷を与えられる。それぞれの帯電した液滴は被印刷物に衝突する前にその電荷の大きさによって決まる量だけ電界によって偏向され、一方、帯電されていない液滴は偏向なしで進み、ガターで収集され、ガターから再利用のためのインク供給部に再循環される。帯電した液滴はガターを迂回して、液滴の電荷及びプリントヘッドに対する被印刷物の位置によって決まる位置で被印刷物に当たる。一般的に被印刷物はプリントヘッドに対して一方向に移動させられ且つ液滴は被印刷物に対して概ね垂直な方向に偏向させられるが、偏向板は被印刷物の速度を補償するために垂直に対して傾斜して配向され得る(到着する液滴間におけるプリントヘッドに対する被印刷物の移動は、そうでなければ一列の液滴が被印刷物の移動の方向に対して完全に垂直には延びないことを意味する)。
連続インクジェット印刷では、ポテンシャルドロップ位置の規則的な配列を含むマトリックスによって文字が印刷される。各マトリックスは、各々が液滴に印加された電荷によって決まる複数(例えば、7つ)のポテンシャルドロップ位置を含む行によって定められている、複数の列(ストローク)を備える。従って、それぞれの使用可能な液滴は、ストローク内のその意図した位置に応じて帯電させられる。ある特定の液滴が使用されない場合、その液滴は帯電させられず、再循環のためにガターで捕捉される。このサイクルがマトリックス内のすべてのストロークのために繰り返され、その後、次の文字マトリックスのために再び開始される。
インクはインク供給システムによってプリントヘッドに圧送され、インク供給システムは一般にキャビネットの区画内に収容され、キャビネットは制御回路用の別個の区画とユーザーインターフェースパネルを含む。システムは、容器又はタンクからインクを吸引し且つそれを圧力下でプリントヘッドへ供給する、メインポンプを含む。インクが消費されると、容器は、容器に取り外し可能に接続された交換可能なインクカートリッジから供給導管によって必要に応じて補充される。インクは、容器からフレキシブル送達導管を介してプリントヘッドへ供給される。ガターによって捕捉された未使用のインク滴は、ポンプ又はベンチュリ管によって戻し導管を介して容器に再循環される。導管の各々におけるインクの流れは、一般に電磁弁及び/又は他の同様のコンポーネントによって制御される。
インクの濾過は、印刷のためにプリントヘッドに送られるインク内の粒子の量を捕捉又は制限するために提供される。より具体的には、フィルターモジュールが、インク供給源からプリントヘッドへのインク流路内にフィルター媒体を提供する。これらの印刷システムで使用されるフィルターは既知の有効寿命を有するので、フィルターの交換は定時のサービス間隔で行われる。フィルターの交換は時間がかかる可能性があり、これは連続インクジェットプリンターが作動していないことを意味し、このことは製造ラインの印刷及びマーキングには望ましくない。また、フィルターモジュールを交換する際、フィルターモジュールは多くの場合、有害(HAZMAT)廃棄物とみなされるようなインクの量を含み、フィルターモジュールを廃棄するのに特別な予防措置をしなければならない。
本開示は、使用後のモジュール内にわずかな印刷流体しか残さないように構成された自己封止弁アセンブリを備えるフィルターモジュールを提供する。
一態様において、連続インクジェットプリンター用のフィルターモジュールは、フィルターハウジングと、ハウジング内に固定されたフィルター媒体と、それを通ってインクが圧力下でハウジングに流入する入口ポータルとを含む。第1の自己封止弁アセンブリが入口ポータル内に配置されている。インクは、出口ポータルを通って圧力下でハウジングから流出する。第2の自己封止弁アセンブリが出口ポータル内に配置されている。第1及び第2の弁アセンブリはインクタンクからプリントヘッドへのインク流路に機械的に接続されているときに開き、第1及び第2の弁アセンブリはインク流路から機械的に切り離されているときに閉じられて封止する。
別の態様において、連続インクジェットプリンターは、インクを収容するインクタンクと、インクタンクと流体連通するプリントヘッドであって、画像を印刷する被印刷物にインク滴を吐出するためのインクノズルを有するプリントヘッドと、インクタンクからプリントヘッドへの流体連通を提供するインク流路と、インク流路内に配置され且つインクタンク及びプリントヘッドと流体連通するポンプであって、圧力下でインクタンクからプリントヘッドへインクを送達するためのポンプとを含む。フィルターモジュールが、ポンプとプリントヘッドとの間のインク流路内に配置されている。
上記の段落は、一般的な前書きとして提供されており、以下の特許請求の範囲を限定するものではない。現在好ましい実施形態は、更なる利点と共に、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって理解されるであろう。
本発明は、図面を参照して以下の記載で説明される。
連続インクジェットプリンター用のインク流回路の概略図である。 本発明の実施形態によるフィルターモジュールの底面斜視図である。 図2のフィルターモジュールの断面図である。 本発明の実施形態による自己封止弁アセンブリの断面図である。 開位置へと作動された図4の自己封止弁の断面図である。
本発明者は、連続インクジェットプリンターを保守点検する際、交換されるフィルターモジュールは多くの場合、コンポーネントが有害物とみなされるような十分な量のインクを含み、それによりフィルターモジュールの処分に関して特定の予防措置を必要とすることを認識していた。フィルターモジュールは時として交換する際に漏れ、それにより作業領域及びプリンターの部品を汚す傾向がある。また、フィルターモジュールの取り外しは多くの場合、時間がかかり且つ厄介であり得る比較的複雑な作業である。従って、本発明者は、連続インクジェットインク流路から取り外す際のインク漏れを最小限に抑え又は排除する「自己封止」フィルターモジュールを開発した。そのために、フィルターは、インクライン及びフィルターモジュール内の圧力が除去されているときにフィルターモジュールからのインクの排出を最大にするように適合されている。従って、廃棄のための有害物予防措置の必要性を回避する一定量(例えば、30mL)未満であるようにフィルターモジュールからインクを排出する、本発明の実施形態によるフィルターモジュールが提供される。
ここで図1を参照すると、連続インクジェットプリンター10のインク流回路が示されている。プリンター10は、流体システム12と、プリントヘッド14と、コンデンサー16とを含む。流体システム12は、インクを保持するためのインク又はミキサータンク18と、溶剤を保持するためのメークアップタンク20と、インク供給源22とを含む。インク供給源22とメークアップタンク20は、ミキサータンク18に流体を供給する。溶剤は、蒸発による溶剤の損失を元に戻すため及びインクの粘度を適切に制御するためにプリンターの動作中にインク又はミキサータンク18に添加される。連続インクジェットプリンター用のインクは、揮発性有機溶剤の割合が大きい、一般的に多くの物質の複雑な混合物である。典型的な有機溶剤は、メチルエチルケトン(MEK)と、アセトンと、エタノールとを含む。プリントヘッド14は、インクタンク18と流体連通するインク滴を吐出するためのノズル26と、そのインク受入口を通して印刷に使用されないインク滴を受け取るためのガター30とを含む。ガター流路32がガター30のインク受入口又はオリフィスで始まり、インク受入口を通ってガター30に入ったインク及び空気のためのインクタンクへの流体連通を提供する。戻り管路(図示せず)が、コンデンサー16からガター30へ空気を送るために及びインクをミキサータンク18へ戻すガター流路32に入るようにガター30と流体連通して配置されることができる。
インクは、インク流路34を通して印刷モジュール又はプリントヘッド14に供給される。ポンプ36が、印刷のために圧力下でプリントヘッド14にインクを送達するためにインク流路34内に設けられている。加えて、インクがプリントヘッド14に到達する前にインクから粒子を濾過するためにポンプ36とプリントヘッド14との間のインク流路34にフィルターモジュール38が設けられている。フィルターモジュール38は図2及び3により詳細に示され、上部40Aと下部40Bとを有するハウジング40を含む。フィルター媒体42が、圧力下でモジュール38に供給されるインクを濾過するためにハウジング40内に取り付けられている。フィルターは約2.5バールから約3.5バールの圧力でモジュールに供給されるインクを濾過することが可能な5μのポリプロピレン製フィルターであることができる。
モジュール38は、モジュール38の下部40Bに入口ポート44と出口ポート46とを含み、入口ポート44と出口ポート46を通ってインクがモジュール38に出入りする。第2出口ポート48が、戻り管路52を通してモジュール38内のインクをミキサータンク18へ戻すために設けられることもできる。モジュール38内の圧力を所望のレベルに又は所望の範囲内に維持するために、モジュール38内の一部のインクがベンチュリポンプ51の作動により第2出口ポート48を通って定期的に排出され、ミキサータンク18へ戻されるが、インクはプリントヘッド14に流れ続ける。加えて又は代わりに、インクの顔料がインクタンク18に集まり又は沈殿しないように、モジュールを通して(必ずしもフィルター媒体42を通してではない)顔料インクを循環させるために、第2出口ポート48及び/又は追加ポートをモジュール38に組み込むことができる。
モジュールは、プリンターに設けられた対応する接点に接続するための表面実装型電気接点を有するメモリチップ45のような電子データ記憶装置を備えることができる。メモリチップ45は、任意の適切な電子記憶装置であることができ、任意の適切な基板に支持されることができ、適切な複数の電気接点(又は1つの接点)に、これらの接点がフィルターモジュール38をプリンターに挿入したときにプリンターへの接続に利用できるならば、任意の便利な方法で接続されることができる。メモリチップ45は、少なくとも読み取り専用メモリ(ROM)を含む。メモリチップ上のデータは任意の適切なデータであることができ、一般的にフィルターモジュールのシリアル番号、製造日、モデル番号、有効期限などの情報を含む。メモリチップは、適切な又は認められたフィルターモジュールのみをプリンターで使用することができるように、セキュリティデータを含むことができる。メモリチップ45上の他のデータは、流体の種類(例えば、溶媒、インクの種類、或いは染料インク又は顔料インク)、耐用年数などを含むことができる。メモリチップはまた、書き込み可能なデータ部分を含むことができる。プリンターは、そのフィルターモジュールをそのプリンター又は他のプリンターでもはや使用できないように、フィルターモジュールがその耐用年数の終わりに達したことを示すためにメモリチップに書き込むことができる。
自己封止弁アセンブリ54、56がそれぞれ、入口ポート44及び出口ポート46内に取り付けられている。同様の弁アセンブリが、第2出口ポート48に取り付けられることもできる。弁アセンブリ54、56は構造及び機能が同一であるため、弁アセンブリ54の以下の説明は、両方の出口ポート46、48の弁アセンブリ54、56に当てはまる。これらの自己封止弁アセンブリ54、56は、モジュール38のインク流路への機械的な接続を可能にし、インク流路からモジュール38を外す際のインク漏れを最小限にし又は排除する。
図4及び5に関して、弁アセンブリ54はより詳細に示され、上端62と上端62より遠位側のアセンブリ54の下部にある第1開口部64とを有する弁ハウジング60を含む。具体的には、弁アセンブリは、インクタンクの最上部に取り付けられたインク流ピン70に係合することが示されている。インクタンクは、弁アセンブリ54、56に係合するか又は弁アセンブリ54、56を開放するためにインク流ピン70の少なくとも2つを含むことができる。図4に示すように、ばねのような付勢機構76が、閉位置にあるとき、ボール66を第開口部64に向かって且つシール71に対して付勢する。フィルターモジュール38がインクタンクに固定されたとき、インク流ピン70は、弁ハウジング60の上端62に向かってボール66を移動させるように第1開口部64とシール71とを通って延びる。より具体的には、図5に示すように、弁アセンブリ54、56又はフィルターモジュール38がインク流路及びインク容器に機械的に接続されたとき、ピン70は弁アセンブリ54、56を開くためにボール66を上端62に向かって押し進める。インク流ピン70は導管72と開口部74とを含み、開口部74を通ってインクが弁アセンブリ54にある側面開口82を通ってモジュール38に流れる。モジュール38がインク流路33に接続されると、弁アセンブリ54、56は、モジュール38、フィルター媒体42を通るプリントヘッド14へのインク流のために自動的に開く。「機械的に接続され」及び「機械的に切り離され」という用語は、フィルターモジュール38のコンポーネントとプリンターのインク経路又はインクタンクに接続された部品及び/又はコンポーネントとの間の機械的相互作用であって、フィルターモジュールを通るインクの流れを制御するために弁を開閉するのに役立つ機械的相互作用ことを言う。
図4及び5に更に示すように、本発明の実施形態において、インク流ピン70は、ピン70のシャフト88に対して内側にテーパする上方肩部84を含む輪郭付けされた外面を備える。また、シール71の内面84が、ピン70の肩部84における形状に概ね対応するように同様に輪郭付けされている。従って、弁アセンブリ54及びフィルターモジュール38がインクタンクに固定されているとき、シール71の傾斜面84がピン70の肩部81に当接する。ピン70とシール71との間のこの封止された接触面は、印刷システム10の動作中に弁アセンブリ54から外へ漏れるインクのいかなる逆流をも防止する。そのため、弁アセンブリ56が弁アセンブリ54と同一に構成されているとすると、弁アセンブリ56における同様の封止された接触面はフィルターモジュール38から流出するインクがフィルターモジュール38及び弁アセンブリ56から外へ漏れるのを防止する。シール71は更に、第1開口部64において及びハウジング60の基部86内で、弁アセンブリ54からインクが漏れるのを更に防止するようにシャフト88に対するシールを提供し且つフィルターモジュール38をインクタンク上で支持するように構成され且つ寸法付けられている。再び図2を参照すると、ボルト孔92を有するフランジ90が、ボルト又は他の固定具を有するインクタンクにモジュール38を固定するためにハウジング60の下部に向かって設けられている。
プリンター10を保守点検する際、インクポンプ36はモジュール38の内部容積内から圧力を除去するために動作を停止され、インクは第2出口ポート48を通って戻り管路52及びベンチュリポンプ51を通って出て行き、インクタンク22へ戻される。しかしながら、弁アセンブリ54、56及び第2出口ポート48の同様の弁アセンブリが開いたままであるとき、インク流ピン70は、上述のようにシール71に当接し、インク漏れを防止し又は最小限に抑える。モジュール38がインク流路33から切り離されたとき、付勢機構76は、ボール66をシール71に押し付け、モジュール38内に残っているインクが少しも逃げないように弁アセンブリ54、56を自動的に閉じる。
本明細書に記載される本発明の実施形態はハウジング40の下部40Bから垂下する弁アセンブリ54、56を示しているが、本発明はこのような構成に限定されない。例えば、第開口部64がハウジング40の底面と概ね同一平面にあるか又はハウジング40内に完全に配置されるように、弁アセンブリ54、56はハウジング40内に完全に配置されることができる。
図3に示す実施形態において、モジュール38は、インク流路33内の圧力変動を制御し又は最小化するのに使用されるインク流圧力ダンパー58を含むことができる。以下でより詳細に説明するように、ダンパー58はまた、モジュール38からのインクの排出を助けることができる。ダンパーはハウジング40の上部40Aに動作可能に接続されたダイヤフラム78を備え、ダイヤフラム78はモジュール38及びフィルター媒体42の内周内に吊り下げられている。螺旋コイルばねのような付勢機構80も、ハウジング40の上部40Aに動作可能に接続され、ハウジング40の下部40Bと弁アセンブリ54,56に向かってダイヤフラム78を付勢するためにダイヤフラム78内に配置されている。
インクが圧力下でモジュール38に供給されると、インクの流れは付勢機構80とダイヤフラム78をハウジング40の上部40Aに向かって押し進める。付勢部材80とダイヤフラム78は、加圧されたインクの流れに対して反力を与え、それによりインクの流れの圧力変動を吸収する。ポンプ36の動作を停止することによってモジュール38から圧力が除去されると、付勢機構80は弁アセンブリ54、56及び第2出口ポータル48の弁アセンブリに向かってダイヤフラムを押し進め、それによりインクを強制的にモジュール38のチャンバから排出させる。このように、モジュール38がインク流路33から切り離されたとき、ほんのわずかな量のインクしか残らず、モジュール38は有毒廃棄物の処分のための予防措置を取る必要なく、通常の廃棄物の流れで捨てることができる。好ましくは、使用され、その後プリンターから取り外された後、使用済みのモジュールは、30mL未満、20mL未満、又は10mL未満の印刷液を含む。
本発明の様々な実施形態を図示及び本明細書に記載してきたが、このような実施形態は例としてのみ提供されていることが明らかであろう。多数の変形、変更及び置換を本発明の本明細書から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲の主旨及び範囲によってのみ限定されることが意図される。

Claims (12)

  1. 連続インクジェットプリンター用のフィルターモジュールであって、
    上端と下端とを有するフィルターハウジングと、
    前記フィルターハウジング内に固定されたフィルター媒体と、
    それを通ってインクが圧力下で前記フィルターハウジングに流入する、前記フィルターハウジングの下端にある入口ポータルと、
    前記入口ポータル内に配置された第1の自己封止弁アセンブリと、
    それを通ってインクが圧力下で前記フィルターハウジングから流出する、前記フィルターハウジングの下端にある出口ポータルと、
    前記出口ポータル内に配置された第2の自己封止弁アセンブリ
    を備え、
    前記第1及び第2の自己封止弁アセンブリは、前記フィルターモジュールがインクタンクから前記フィルターモジュールを介してプリントヘッドへのインク流路に機械的に接続されると開き、前記第1及び第2の自己封止弁アセンブリは、前記フィルターモジュールが前記インク流路から機械的に切り離されると閉じられて封止し、
    前記インク流路内のインクの圧力変動を制御するために前記フィルターハウジング内に配置されたインク流圧力ダンパーであって、ダイヤフラムと、前記フィルターハウジング及び前記ダイヤフラムに動作可能に接続されて前記フィルターモジュールの入口ポータル及び出口ポータルに向かって前記ダイヤフラムを付勢する付勢機構とを備えるインク流圧力ダンパーを備える、フィルターモジュール。
  2. 前記第1及び第2の自己封止弁アセンブリの各々が、
    弁ハウジングであって、弁ハウジングの下部にあるインクが流れることができる第1開口部と、インクが流れることができる1つ以上の第2開口部を有する上端とを有する弁ハウジングと、
    前記弁ハウジング内のボールと、
    前記第1開口部に向かって及び前記弁ハウジングのシールに対して前記ボールを付勢する付勢機構と
    を備えるばね作動ボール弁を含み、
    前記フィルターモジュールが前記インクタンクからの前記インク流路に接続されると前記ボールが前記ばね作動ボール弁を開くように前記付勢機構に抗して前記シールとの接触から強制的に離され、前記フィルターモジュールが前記インク流路から切り離されると前記付勢機構が前記ばね作動ボール弁を閉じるように前記第1開口部に向かって及び前記シールに対して前記ボールを押し進める、請求項1に記載のフィルターモジュール。
  3. 前記フィルター媒体は円筒形の形状を有し、前記ダイヤフラムの少なくとも一部が前記フィルター媒体の内周内に配置されている、請求項1に記載のフィルターモジュール。
  4. 前記出口ポータルは第1出口ポータルであり、前記フィルターモジュールは、
    第2出口ポータルと、
    前記第2出口ポータル内に配置された第3の自己封止弁アセンブリと
    を更に含み、
    前記第3の自己封止弁アセンブリは、前記フィルターモジュールが前記フィルターモジュールから前記インクタンクへのインク流路に機械的に接続されると開き、前記第3の自己封止弁アセンブリは、前記フィルターモジュールがこのインク流路から機械的に切り離されると閉じられて封止する、請求項1に記載のフィルターモジュール。
  5. 前記フィルターモジュールに関連するデータを記憶するための電子データ記憶装置を更に含む、請求項1に記載のフィルターモジュール。
  6. 連続インクジェットプリンターであって、
    インクを保持するインクタンクと、
    前記インクタンクと流体連通するプリントヘッドであって、画像を印刷する被印刷物にインク滴を吐出するためのインクノズルを有するプリントヘッドと、
    前記インクタンクからフィルターモジュールを介して前記プリントヘッドへの流体連通を提供するインク流路と、
    前記インク流路内に配置され、圧力下で前記インクタンクから前記フィルターモジュールを介して前記プリントヘッドへインクを供給するために前記インクタンク及び前記プリントヘッドと流体連通するポンプと、
    前記フィルターモジュールと
    を備え、前記フィルターモジュールは、
    上端と下端とを有するフィルターハウジングと、
    前記フィルターハウジング内に固定されたフィルター媒体と、
    それを通ってインクが圧力下で前記フィルターハウジングに流入する、前記フィルターハウジングの下端にある入口ポータルと、
    前記フィルターモジュールが前記インク流路に機械的に接続されると開き且つ前記インク流路から機械的に切り離されると閉じられて封止する、前記入口ポータル内に配置された第1の自己封止弁アセンブリと、
    それを通ってインクが圧力下で前記フィルターハウジングから流出する、前記フィルターハウジングの下端にある出口ポータルと、
    前記フィルターモジュールが前記インク流路に機械的に接続されると開き且つ前記フィルターモジュールが前記インク流路から機械的に切り離されると閉じられて封止する、前記出口ポータル内に配置された第2の自己封止弁アセンブリと、
    前記インク流路内のインクの圧力変動を制御するために前記フィルターハウジング内に配置されたインク流圧力ダンパーであって、ダイヤフラムと、前記フィルターハウジング及び前記ダイヤフラムに動作可能に接続されて前記フィルターモジュールの入口ポータル及び出口ポータルに向かって前記ダイヤフラムを付勢する付勢機構とを備えるインク流圧力ダンパーと
    を備える、連続インクジェットプリンター。
  7. 前記出口ポータルは第1出口ポータルであり、前記フィルターハウジングは第2出口ポータルを含み、前記連続インクジェットプリンターは前記第2出口ポータル内に配置された第3の自己封止弁アセンブリを更に備え、
    前記第3の自己封止弁アセンブリは、前記フィルターモジュールが前記フィルターモジュールから前記インクタンクへのインク流路に機械的に接続されると開き、前記第3の自己封止弁アセンブリは、前記フィルターモジュールがこのインク流路から機械的に切り離されると閉じられて封止する、請求項6の連続インクジェットプリンター。
  8. 前記フィルターモジュールから前記インクタンクへの前記インク流路内にベンチュリポンプを更に含む、請求項7に記載の連続インクジェットプリンター。
  9. 前記フィルター媒体は円筒形の形状を有し、前記ダイヤフラムの少なくとも一部が前記フィルター媒体の内周内に配置されている、請求項8に記載の連続インクジェットプリンター。
  10. 前記インク流路は、前記第1の自己封止弁アセンブリと係合し且つ前記第1の自己封止弁アセンブリを作動させるための第1のインク流ピンと、前記第2の自己封止弁アセンブリと係合し且つ前記第2の自己封止弁アセンブリを作動させるための第2のインク流ピンとを含む、請求項6に記載の連続インクジェットプリンター。
  11. 前記フィルターモジュールは前記フィルターモジュールに関連するデータを格納するための電子データ記憶装置を含み、前記連続インクジェットプリンターは前記電子データ記憶装置からデータを読み取るように構成されている、請求項6に記載の連続インクジェットプリンター。
  12. 前記フィルターモジュールは、前記フィルターモジュールが前記連続インクジェットプリンターで使用され、その後、前記連続インクジェットプリンターから取り外された後、前記フィルターモジュールが30mL未満の液体を含むように構成されている、請求項6に記載の連続インクジェットプリンター。
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