JP7066859B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ノズルよりインクを噴出することで印字を行うインクジェット記録装置に関する。
インクジェット記録装置において、ノズルより噴出されたインクは噴出初期や停止間際といったときに挙動が不安定な状態が存在する。また、安定した噴出時においても、帯電異常や偏向異常その他の要因により、本来の飛行経路から外れることがある。これら不安定な状態のインクや本来の飛行経路から外れたインクは、印字ヘッド内部の電極などに接触し付着することがある。
これら付着インクが堆積すると、ノズル穴を塞いだり、インク粒子の飛行経路に迫り出して衝突するなど、印字不良を引き起こすため、定期的な清掃が欠かせず、主に洗浄瓶などを用いて直接溶剤をかけて清掃する方法が取られている。この場合、清掃後の溶剤は垂れ流しの状態で、洗浄瓶などの洗浄に伴う溶剤を受ける容器が必要になる。
また、洗浄瓶を用いない方法として特許文献1がある。特許文献1では、いわゆるコンティニュアス方式のインクジェット記録装置におけるノズルのクリーニングする方法についての技術が開示されている。開示されたノズルのクリーニング方法は、印字ヘッド内部のインクノズルから離れた位置にあるクリーニングジェットから溶剤を噴出し、インク噴出するノズルを洗浄した後、反対側にあるハウジングの側壁へと付着させる方法が記載されている。
特開2002-103636号公報
上記のように、従来は、インクノズルの外部から洗浄した後の洗浄後溶剤は別の容器で受けるか、特許文献1のように他のものに吸収、付着させることが必要となり、清掃後の溶剤の回収については考慮されていなかった。
本発明は、これらの課題に鑑みなされたものであって、洗浄に使用した溶剤を回収し、再利用できるインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記背景技術及び課題に鑑み、その一例を挙げるならば、印字ヘッド本体と印字ヘッドカバーを備える印字ヘッドを有するインクジェット記録装置であって、印字ヘッド本体は、インクを吐出するノズルと、ノズルから吐出されたインクを帯電する帯電電極と、帯電電極により帯電されたインクを偏向する偏向電極と、印字に使用されないインクを回収するガターとを備え、印字ヘッド内部に洗浄用ノズルを有し、洗浄ノズルから洗浄液を噴出し印字ヘッド内部を洗浄し、印字ヘッド内部を洗浄した後の洗浄液を回収する経路を備える。
本発明によれば、洗浄に使用した溶剤を回収し、再利用できるインクジェット記録装置を提供できる。
実施例1におけるインクジェット記録装置の経路構成を示す図である。 実施例1における洗浄液噴出および洗浄液回収機構を示す構成図である。 実施例1における洗浄液の制御方法を示すフロー図である。 実施例1における回収後の洗浄液を用いたインク濃度調整方法を示すフロー図である。 実施例2における洗浄液噴出および洗浄液回収機構を示す構成図である。 実施例2における他の洗浄液噴出および洗浄液回収機構を示す構成図である。 実施例3における洗浄液噴出および洗浄液回収機構を示す構成図である。 一般的なインクジェット記録装置の外観とその使用状態を示す斜視図である。 一般的なインクジェット記録装置の動作原理を示す概略図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
まず、本実施例の前提となる、一般的なインクジェット記録装置の外観とその使用状態について説明する。
図8は、一般的なインクジェット記録装置の外観とその使用状態を示す斜視図である。図8において、インクジェット記録装置400は、インクジェット記録装置本体1に操作表示部3を備え、外部に印字ヘッド2を備え、インクジェット記録装置本体1と印字ヘッド2は導管4にて接続されている。
インクジェット記録装置400は、例えば、食品や飲料などが生産される工場内の生産ラインに据え付けられ、インクジェット記録装置本体1は、使用者が操作できる位置に設置され、印字ヘッド2は、ベルトコンベア15などの生産ライン上を給送される印字対象物13に近接できる位置に設置される。
ベルトコンベア15などの生産ライン上には、給送速度に係わらず同じ幅で印字するために、給送速度に応じた信号をインクジェット記録装置400に出力するエンコーダ16や、印字対象物13を検出してインクジェット記録装置400に印字を指示する信号を出力する印字センサ17が設置されていて、それぞれはインクジェット記録装置本体1内の図示しない制御部に接続されている。
エンコーダ16や印字センサ17からの信号に応じて、制御部が、ノズル8から吐出されるインク粒子7Cへの帯電量や帯電タイミングを制御し、印字対象物13が印字ヘッド2近傍を通過する間に帯電、偏向されたインク粒子7Cを印字対象物13へ付着させて印字を行う。
次に、インクジェット記録装置400の動作原理について図9を用いて説明する。図9において、18は主インク容器、7Aはインク、24はインク7Aを加圧し送り出すポンプ(供給用)、9は電圧を印加すると所定の周波数で振動する電歪素子、8はインク7Aを吐出するノズル、7Bはインク柱である。10はインク粒子に帯電させる帯電電極、7Cはインク粒子で、11及び12は偏向電極、13は印字される印字対象物、14は印字しないインク粒子を回収するガターである。25はガター14で回収したインクを吸引して主インク容器18に送り出すポンプ(回収用)である。
主インク容器18内のインク7Aはポンプ(供給用)24に吸引、加圧されてインク柱7Bとなってノズル8から吐出される。ノズル8には、電歪素子9が備えられており、インク7Aに所定の周波数で振動を加えてノズル8から吐出されるインク柱7Bを粒子化する。これにより生成されるインク粒子7Cの数は、電歪素子9に印加する励振電圧の周波数により決定され、その周波数と同数となる。インク粒子7Cは、印字情報に対応した大きさの電圧を帯電電極10にて印加することで電荷を与えられる。
帯電電極10で帯電させられたインク粒子7Cは、偏向電極11及び12間の電界中を飛翔する。偏向電界は、5~6kVの高電圧が印加された高圧電極と設置されたグランド電極との間に形成されており、帯電したインク粒子7Cは、その帯電量に比例した力を受けて偏向し、印字対象物13へ向かって飛翔して着弾する。その際、インク粒子7Cは帯電量に応じて偏向方向の着弾位置は変化し、さらに偏向方向と直交する方向に生産ラインが印字対象物13を移動させることで、偏向方向と直交した方向にも粒子を着弾させることが可能となり、複数の着弾粒子によって文字を構成し印字を行う。印字に使用されなかったインク粒子7Cは偏向電極11及び12間を直線的に飛翔して、ガター14により捕捉された後に、ポンプ(回収用)25により吸引され、主インク容器18に回収される。
次に、本実施例におけるインクジェット記録装置の経路構成について、図1を用いて説明する。
まず、本実施例におけるインクジェット記録装置のインク供給経路について説明する。インクジェット記録装置本体1には、循環するインク7Aを保持する主インク容器18が備えられている。主インク容器18は、主インク容器18内のインク7Aの粘度を把握するために、経路200を介して粘度測定器33に接続されている。粘度測定器33は経路201を介して経路の開閉を行う電磁弁34に接続されており、経路202及び203を介してインク7Aを吸引、圧送するために使用されるポンプ(循環用)23に接続され、経路207を介して主インク容器18に戻る構造になっている。
経路210は電磁弁42に接続され、経路211、223を介してポンプ(供給用)24に接続されている。ポンプ(供給用)24は経路204を介してインク7A中に混入している異物を除去するフィルタ(供給用)28に接続されている。
フィルタ(供給用)28は、経路205を介してポンプ(供給用)24から圧送されたインク5を印字するために適正な圧力に調整する減圧弁31に接続されており、減圧弁31は経路206を介して導管4内を通り、印字ヘッド2内に備えられたヒーター40と接続されている。
ヒーター40は、低温環境で使用する場合にインク7Aが適正なインク温度になるように加温制御を行っている。ヒーター40は、経路208を介して経路の開閉を行う封止弁41に接続されており、封止弁41は経路209を介してノズル8と接続されている。ノズル8は、インク7Aを吐出する吐出口を備えている。ノズル8吐出口の直進方向には、印字に使用されないために帯電、偏向されずに直進的に飛翔するインク粒子7Aを捕捉するためのガター14が配置されている。ノズル8から一部は経路216を介してノズル8に供給されるインク5の圧力を測定する圧力計32が備えられている。
次に、インクジェット記録装置のインク補給経路について説明する。インクジェット記録装置本体1には、補充用のインクを保持する補助インク容器19が備えられており、補助インク容器19は、経路221を介して経路の開閉を行う電磁弁(補給用)36に接続されている。そして、電磁弁(補給用)36は経路222を介して、インク供給経路211と接続された合流経路223に接続されている。
次に、インクジェット記録装置の溶剤補給経路について説明する。インクジェット記録装置本体1には、溶剤補給用の溶剤を保持する溶剤容器20が備えられており、溶剤容器20は、経路231を介して溶剤を吸引、圧送するために使用されるポンプ(溶剤用)27に接続されている。ポンプ(溶剤用)27は、経路232を介して流路の開閉を行うために電磁弁(溶剤用)38に接続されており、電磁弁(溶剤用)38は、経路233を介して主インク容器18と接続されている。
次に、インクジェット記録装置のインク回収経路について説明する。ガター14は、導管4内を通る経路212を介してインクジェット記録装置本体1内に配置されているインク中に混入している異物を除去するフィルタ(回収用)30と接続されており、フィルタ(回収用)30は、経路213を介して経路の開閉を行う電磁弁(回収用)35に接続されている。電磁弁(回収用)35は経路214を介してガター14により捕捉されたインク粒子7Cを吸引するポンプ(回収用)25と接続されている。ポンプ(回収用)25は、経路215を介して主インク容器18と接続されている。
次にインクジェット記録装置の洗浄用溶剤噴出経路について説明する。インクジェット記録装置本体1に備えられている溶剤容器20から、経路231を介してポンプ(溶剤用)27に接続されており、ポンプ(溶剤用)27は経路234を介して電磁弁(洗浄用)37に接続され、電磁弁(洗浄用)37は経路235を介して洗浄用ノズル510に接続されている。洗浄用ノズル510から出た溶剤はノズル8、帯電電極10、偏向電極12、ガター14を洗浄した後、回収口711から経路236を介しポンプ(再生用)26に接続される。経路236の途中にはフィルタ(洗浄用)29が配置され、回収した溶剤中に混入した異物を除去するようになっている。ポンプ(再生用)26は経路237を介して回収容器600に接続されている。
回収容器600に貯留された洗浄後溶剤610は経路238を介して電磁弁(再生用)39に接続され、経路239を介してポンプ(調整用)22に接続され、経路240を介して主インク容器18に接続されており、インク7Aの濃度調整のため必要に応じて回収容器600から主インク容器18に移動することができる。
なお、主インク容器18内にあるインク7Aは、経路240、241を介して電磁弁(退避用)620に接続され、経路242を介してポンプ(退避用)21に接続されており、経路243、238を介して回収容器600に接続されており、主インク容器内のインク7Aがあふれそうなときには、必要に応じて回収容器600へ移動することができる。
また、ガター14からの経路213を経路236と接続する構成としてもよい。これにより、回収容器600にガターから回収されたインクを貯留することができる。
また、印字ヘッド2内部には、洗浄後の溶剤を乾燥させるための空気噴出ノズル530が設けられており、洗浄後に回収し切れなかった残留溶剤を乾燥させることができる。空気噴出ノズル530は経路250を介してインクジェット記録装置本体1の外部と接続されており、経路250の途中に空気を噴出するためのポンプ540が設けられている。
次に本実施例における洗浄液噴出および洗浄液回収機構について説明する。
図2(a)は印字ヘッド本体710の洗浄液噴出および洗浄液回収機構を上面から見た図で、図2(b)は(a)のA-A断面図を示している。印字ヘッド2内部には、溶剤を噴出するための洗浄用ノズル510が設けられている。洗浄用ノズル510は、ノズル8、帯電電極10、偏向電極11、12、ガター14といった部位を狙って溶剤噴出ができるように複数の噴出口を持ち、前記部位に付着したインク成分を洗い流すことができる。
偏向ベース520は一箇所に液を集約できるように凹んだ形状をしており、集約する部分には洗浄廃液を回収するための回収口711が設けられている。
インクを洗い流した溶剤は、偏向ベース520の形状に沿って回収口711に集約され、経路236を介して回収容器600に蓄積される。
洗浄のための溶剤噴出終了後、空気噴出ノズル530より空気が噴出することで、回収できずに残留した溶剤や、帯電電極10の間に残留した溶剤を吹き飛ばしたり乾燥させることができる。なお、空気噴出ノズルは、洗浄用ノズル510と兼用する形でも良い。また、洗浄用ノズル510は、複数の噴出口の代わりに、単一の噴出口のものが複数存在しても良いし、単一の噴出口を持つ洗浄用ノズルと複数の噴出口を持つ洗浄用ノズルが両方存在しても良い。
図3は溶剤噴出および回収動作の制御フローの一例を示している。操作表示部3には、本制御フローを開始するための「ヘッド洗浄開始」と記載されたボタンが表示されており、本ボタンを押すことで制御フローが開始される。なお、ボタンの表示内容は「ヘッド洗浄開始」に限らず、異なる表現であってもよい。
まず、「ヘッド洗浄開始」ボタンが押されると、ステップS201により、洗浄用溶剤噴出動作が開始し、ステップS202にてポンプ(再生用)26を起動させる。次にステップS203でポンプ(溶剤用)27を起動し、洗浄用ノズル510より溶剤噴出を行う。
ステップS204では、洗浄のため溶剤を噴出し続けるよう、一定時間噴出したままで待機する。待機時間は任意に決めることができ、噴出時間の長短によって洗浄時間を設定することができる。
その後、ステップS205にて指定時間経過したかの判定が行われる。指定時間経過し、「Yes」と判定されれば、ステップS206にてポンプ(溶剤用)27を停止する。ステップS205にて指定時間経過しておらず、「No」と判定されれば、再度指定時間経過するまでステップS204の前に戻り、ステップS205で再度判定を行う。
ステップS207にて、噴出後の溶剤を回収するため、ポンプ(再生用)26は、ポンプ(溶剤用)27停止後も一定時間稼動させる。その後、ステップS208で指定時間経過したかの判定を行い、「Yes」と判定されれば、ステップS209でポンプ(再生用)26を停止させる。ステップS208で指定時間経過しておらず、「No」と判定されれば、指定時間経過するまで、ステップS207に戻り、再度ステップS208で判定を行う。
また、ステップS206にて、ポンプ(溶剤用)27を停止したのち、平行して、ステップS210により乾燥用空気の噴出を行う。その後、ステップS211にて指定時間待ち、噴出し続けた後、ステップS212にて指定時間経過したかの判定を行う。指定時間経過し、「Yes」と判定されれば、ステップS213にて乾燥用空気の停止を行う。指定時間経過しておらず、ステップS212にて「No」と判定されれば、指定時間待つため、ステップS211に戻り、再度ステップS212にて判定を行う。
ポンプ(再生用)26および乾燥用空気が停止した後、ステップS214にて洗浄動作終了となる。ステップS204、S207、S211における待ち時間は任意に決めることができるが、回収仕切れなかった洗浄後溶剤を乾燥させるために十分な時間を確保するため、「指定時間待ち3」は「指定時間待ち1」、「指定時間待ち2」よりも十分長い時間としたほうが良い。
図4は、洗浄後溶剤を回収後、インク濃度の調整に使用する場合のフロー図を示している。溶剤を用いるインク濃度調整としては、インク濃度が基準よりも高く濃い場合になり、溶剤でインクを薄める動作となる。
図4において、ステップS301でインク濃度調整(溶剤)動作指示が出ると、ステップS302で回収容器600が空かどうかの判定が行われる。判定により、回収容器600が空検知しておらず、「No」となった場合、ステップS303で回収容器600より溶剤が補給される。
その後、ステップS304で、インク濃度があらかじめ決められた範囲以内となっているかの判定が行われる。判定の結果、インク濃度が決められた範囲以内でなく、「No」と判定された場合、再度溶剤の補給を行う。このとき、ステップS302の前に戻ることで、回収容器600に貯留されている溶剤を優先的に使いながら、空を検知した場合に、ステップS305に移るようになっている。
ステップS302で回収容器が空検知しており、判定が「Yes」となった場合、ステップS305で溶剤容器20より溶剤が補給される。
その後、ステップS306でインク濃度が基準となる濃度の範囲以内に収まっているか判定が行われる。判定の結果、インク濃度が基準の範囲以内でなく、「No」と判定された場合、再度ステップS305により、溶剤容器20から溶剤が補給される。
ステップS304もしくは、S306でインク濃度が基準となる濃度の範囲以内に収まり、「Yes」と判定されれば、ステップS307にて溶剤の補給が停止され、その後ステップS308にて濃度調整処理が停止する。
なお、インク濃度が薄い場合は、インクを用いて濃度調整を行う濃度調整処理となるが、本実施例の構成には関係しないため、本図には記載しない。
以上のように、本実施例によれば、印字ヘッドを洗浄する際に噴出される溶剤を受けるためにビーカーなどを用意する必要がなく、自動で溶剤を回収するため、より簡単に洗浄作業を行うことができる。また、回収後の溶剤を再利用することで、溶剤の消費量を抑えることができる。さらに、主インク容器と回収容器で相互に内部のインクや溶剤をやり取りすることで、主インク容器が満杯だった場合に内部のインクを廃棄する必要がなくなり、インクや溶剤がより有効活用することができる。
本実施例では実施例1と異なる形状の噴出洗浄液回収機構について説明する。
図5は本実施例における洗浄液噴出および洗浄液回収機構を示す構成図である。図5において、印字ヘッド2は内部で印字ヘッド本体710と印字ヘッドカバー720で構成されており、印字ヘッド本体710から印字ヘッドカバー720に向かって伸びる回収口711が設けられている。洗浄用ノズル510から噴出した溶剤は、ノズル8、帯電電極10、偏向電極11,12,ガター14を洗浄後、印字ヘッド本体710を伝って印字ヘッドカバー720に滴下しカバーの1箇所に集約される。集約された洗浄後溶剤610は、印字ヘッド本体710から伸びる回収口711によって吸引される。吸引された洗浄後溶剤610は経路236を介してインクジェット記録装置本体1に設けられた回収容器600に蓄積される。
本構成によれば、周辺に飛散した溶剤成分も回収することができる。
また、印字ヘッドの向きが図6に示すような、ガターが下向きになるような向きの場合、印字用の開口部をシャッタ740で覆う構成を設け、回収口711を下向きとすることで、印字ヘッド内で同様に溶剤を集約することができるため、印字のためにセットした状態でも洗浄動作を行うことができる。
本実施例では、さらに実施例1と異なる形状の噴出洗浄液回収機構について説明する。
図7は本実施例における洗浄液噴出および洗浄液回収機構を示す構成図である。図7において、洗浄時には、印字ヘッド2の向きを上下逆さまにして洗浄を行う。洗浄に用いられた溶剤は、印字ヘッドカバーの洗浄用ノズル510と対抗する面、すなわち、印字ヘッド上カバー730に集約される。印字ヘッド本体710からは印字ヘッド上カバー730に向けて伸びる回収口711が設けられており、印字ヘッド上カバー730に集約された溶剤を回収するようになっている。回収された溶剤は、経路236を介してインクジェット記録装置本体1内部に設けられた回収容器600に蓄積される。
本構成によれば、印字ヘッド本体710を伝う溶剤の経路を短くでき、インク成分が溶けた溶剤が広範囲に広がることを防ぐことができる。また、印字ヘッド上カバー730は容易に取り外すことができるため、内部の汚れがひどくなった場合でも簡単に取り外して洗浄することができる。
なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
1:インクジェット記録装置本体、2:印字ヘッド、3:操作表示部、4:導管、7A:インク、7C:インク粒子、8:ノズル、10:帯電電極、11、12:偏向電極、14:ガター、18:主インク容器、20:溶剤容器、26:ポンプ(再生用)、27:ポンプ(溶剤用)、37:電磁弁(洗浄用)、38:電磁弁(溶剤用)、39:電磁弁(再生用)、200~209:経路(インク供給用)、212~215:経路(インク回収用)、217:排気経路、221~222:経路(インク補給用)、223:合流経路、231~233:経路(溶剤補給用)、234~237:経路(洗浄溶剤用)、238~243:経路(移動用)、250:経路(空気用)400:インクジェット記録装置、510:洗浄用ノズル、520:偏向ベース、530:空気噴出ノズル、540:ポンプ(空気用)600:回収容器、610:洗浄後溶剤、620:電磁弁(退避用)、710:印字ヘッド本体、711:回収口、720:印字ヘッドカバー、730:印字ヘッド上カバー、740:シャッタ

Claims (8)

  1. 印字ヘッド本体と印字ヘッドカバーを備える印字ヘッドを有するインクジェット記録装置であって、
    前記印字ヘッド本体は、インクを吐出するノズルと、前記ノズルから吐出されたインクを帯電する帯電電極と、前記帯電電極により帯電されたインクを偏向する偏向電極と、印字に使用されないインクを回収するガターとを備え、
    前記印字ヘッド内部に前記ノズルとは別体の洗浄用ノズルを有し、
    該洗浄用ノズルから洗浄液を噴出し前記印字ヘッド内部を洗浄し、前記印字ヘッド内部を洗浄した後の洗浄液を回収する経路を備え
    前記回収された洗浄液を貯留するための回収容器をインクジェット記録装置本体内部に備え、
    前記印字ヘッド本体に、前記印字ヘッド内部を洗浄した後の前記洗浄液を回収するための回収口が設けられていることを特徴とするインクジェット記録装置。
  2. 請求項1に記載のインクジェット記録装置であって、
    前記印字ヘッド本体に、一箇所に液を集約できるように凹んだ形状をした偏向ベースを有し、該集約する部分には洗浄液を回収するための回収口が設けられており、
    前記洗浄液を回収する経路は、該洗浄液が前記偏向ベースの形状に沿って前記回収口に集約され前記回収容器に貯留されることを特徴とするインクジェット記録装置。
  3. 請求項に記載のインクジェット記録装置であって、
    前記印字ヘッド本体は、前記印字ヘッドカバーに向かって伸びる回収口を有し、
    前記洗浄液を回収する経路は、該洗浄液が前記印字ヘッド本体を伝って前記印字ヘッドカバー内部に滴下し集約され前記回収口から吸引されて前記回収容器に貯留されることを特徴とするインクジェット記録装置。
  4. 請求項に記載のインクジェット記録装置であって、
    前記印字ヘッド本体は、前記印字ヘッドカバーの前記洗浄用ノズルと対抗する面に向かって伸びる回収口を有し、
    前記洗浄液を回収する経路は、該洗浄液が前記印字ヘッドカバーの前記洗浄用ノズルと対抗する面に滴下し集約され前記回収口から吸引されて前記回収容器に貯留されることを特徴とするインクジェット記録装置。
  5. 請求項1から4のいずれか1項に記載のインクジェット記録装置であって、
    前記回収容器に回収された洗浄液をインク濃度調整用に用いることを特徴とするインクジェット記録装置。
  6. 請求項から5のいずれか1項に記載のインクジェット記録装置であって、
    前記回収容器に前記ガターから回収されたインクを貯留することができる経路を備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
  7. 請求項から6のいずれか1項に記載のインクジェット記録装置であって、
    前記印字ヘッド内部に乾燥用空気の噴出口を供えることを特徴とするインクジェット記録装置。
  8. 請求項1から7のいずれか1項に記載のインクジェット記録装置であって、
    前記インクを保持するインク容器から前記回収容器へ該インクを移すことができる経路を備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
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