JPWO2010150437A1 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

ガター等に残ったインクが漏れ出すことを防止する。インクを貯留するためのインク容器と、前記インクをインク粒子として吐出して被印字物に印字を行うためのノズルと、前記インク容器から前記ノズルに前記インクを供給するためのインク供給部と、前記ノズルより吐出した前記インク粒子のうち、印字に使用しない前記インク粒子を前記インク容器に回収するためのガターと、このガターで回収した前記インク粒子を前記インク容器に返送するためのインク回収流路と、このインク回収流路に設置され、前記インクを前記インク容器に回収するためのインク回収部とを含むインクジェット記録装置であって、前記インク回収流路を介して前記インク粒子とともに返送されたガスを分離するための気液分離部と、前記ガターに前記ガスを供給するためのガス供給流路と、前記気液分離部から外部に前記ガスを放出するための大気開放流路とを有する。

Description

本発明は、インクジェット記録装置に関する。

ノズルよりインクを噴出して印字を行うインクジェット記録装置においては、一旦、ノズルより吐出したインクを回収して再利用する場合、インクの物性を保つために、揮発して失われたインクの溶剤を補充する必要がある。

特許文献１には、インク溶剤成分の揮散を抑え、インク劣化の少ないインク循環系を提供することを目的として、荷電変調形インクジェット記録装置において、インクタンクからノズルへ、インクを加圧供給するインク供給系と該ノズルより噴射されるインクのうち、印字に供せられないインク粒子を回収するガターと該ガターへのインクへのインクをインクタンクへ吸引回収するインク回収系とにより構成されるインク循環系において、前記ガターからインクと共に吸引回収される、インクの溶剤分を含むエアを前記ガターへ循環させることを特徴とするインクジェット記録装置が開示されている。

特許文献２には、荷電変調形インクジェット記録装置において、ノズルより噴出したインク粒子群のうち、印字に使用しないインク粒子を回収するガターにおいて、印字中にガター内壁を洗浄液により洗浄可能としたことを特徴とするインクジェット記録装置用ガターが開示されている。

特許文献３には、ノズルから噴出したインク粒子を帯電して偏向させたインク粒子で印字を行うインクジェット記録装置において、前記ノズルと印字に使用されないインク粒子を捕集するガターとを有する印字ヘッドと、この印字ヘッドにインクを供給する流路と前記ガターから回収したインクが流れる流路とに接続して、前記ガターより回収したインクを貯留するインク容器とこのインク容器からインクを送出する供給ポンプとを有する本体と、を有し、前記印字ヘッド内部に前記ガターとインク容器とに接続するエジェクタを設けたインクジェット記録装置が開示されている。

特開昭６０−０１１３６４号公報 実開昭６０−１５２４３６号公報 特開２００８−２７９５９８号公報

特許文献１においては、インクジェット記録装置の停止に伴うインク回収ポンプの停止時に、インクの溶剤分を含むエア（溶剤ガス）を前記ガターへ循環させるエア循環パイプ（溶剤ガスの供給流路）の内圧は、エア循環パイプの流体抵抗のために徐々に大気圧まで低下する。そのため、インクの回収が停止した後、ガターに溶剤ガスが供給され続け、ガターの内部に残ったインクが溶剤ガスによりガターより押し出され、ガター周辺をインクで汚す点で改善の余地が残されていた。

本発明の目的は、ガター等に残ったインクが漏れ出すことを防止することにある。

上記課題を解決するために、本発明のインクジェット記録装置は、インクを貯留するためのインク容器と、前記インクをインク粒子として吐出して被印字物に印字を行うためのノズルと、前記インク容器から前記ノズルに前記インクを供給するためのインク供給部と、前記ノズルより吐出した前記インク粒子のうち、印字に使用しない前記インク粒子を前記インク容器に回収するためのガターと、このガターで回収した前記インク粒子を前記インク容器に返送するためのインク回収流路と、このインク回収流路に設置され、前記インクを前記インク容器に回収するためのインク回収部とを含むインクジェット記録装置であって、前記インク回収流路を介して前記インク粒子とともに返送されたガスを分離するための気液分離部と、前記ガターに前記ガスを供給するためのガス供給流路と、前記気液分離部から外部に前記ガスを放出するための大気開放流路とを有することを特徴とする。

本発明のインクジェット記録装置は、前記気液分離部を前記インク容器に設けたことを特徴とする。

本発明のインクジェット記録装置は、前記ガス供給流路と前記大気開放流路とは、それぞれ独立した流路であることを特徴とする。

本発明のインクジェット記録装置は、前記大気開放流路に弁を設けたことを特徴とする。

本発明のインクジェット記録装置は、前記ガス供給流路に弁を設けたことを特徴とする。

本発明のインクジェット記録装置は、前記大気開放流路及び／又は前記ガス供給流路に設けた前記弁が二方弁であることを特徴とする。

本発明のインクジェット記録装置は、前記大気開放流路の前記弁を開放した後に前記インク回収部による前記インクの回収を停止するための制御部を設けたことを特徴とする。

本発明のインクジェット記録装置は、前記ガス供給流路の前記弁を閉止した後に前記インク回収部による前記インクの回収を停止するための制御部を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、回収ポンプ動作中にガターへの溶剤ガスの供給を停止できるため、ガター内部に回収されずに残ったインクが、溶剤ガスによりガターから流出することがなく、回収ポンプ停止後にガター周辺をインクで汚すことを防止できる。

本発明による第一の実施例のインクジェット記録装置におけるインクおよび溶剤ガスの流路系統を示す概略構成図である。 本発明による第一の実施例のインクジェット記録装置の回収停止時におけるポンプ、弁等の状態を示すタイミングチャートである。 本発明による第二の実施例のインクジェット記録装置におけるインクおよび溶剤ガスの流路系統を示す概略構成図である。 本発明による第二の実施例のインクジェット記録装置の回収停止時におけるポンプ、弁等の状態を示すタイミングチャートである。 本発明のインクジェット記録装置の制御回路を示す概略構成図である。 本発明のインクジェット記録装置の概観斜視図である。 本発明のインクジェット記録装置の概略縦断面図である。 本発明のインクジェット記録装置のガターを示す断面図である。 本発明による変形実施例のインクジェット記録装置におけるインクおよび溶剤ガスの流路系統を示す概略構成図である。

本発明は、ノズルよりインクを噴出し、印字を行うインクジェット記録装置に関する。

以下、発明の実施形態について図面に従って説明する。

まず、図６にインクジェット記録装置の本体概観を示す。

制御系や循環系を収納した本体６００とインク粒子を噴出する印字ヘッド６１０と、本体６００と印字ヘッド６１０を結ぶケーブル６２０で構成されている。ケーブル６２０の長さは４ｍである。本体６００には、ユーザが印字内容や印字仕様等の入力及び制御内容や装置運転状況等の表示が可能なタッチパネル式液晶パネル６３０がある。印字ヘッド６１０の内部には、インク粒子を作成するノズルやインク粒子を帯電・偏向するための電極類が納められおり、ステンレスのカバーで覆われている。印字ヘッド６１０先端にはインク粒子が通過可能な開口部６４０がある。本体６００の下部には開閉可能なふた６７０があり、ここから内部メンテナンスを行う。

つぎに、本体６００の内部構成について図７を用いて説明する。

本体６００上部には制御回路６４５等の電気系部品が配置されている。本体下部６８０には、電磁弁６５０、ポンプユニット６５５等の循環系制御部品が配置されており、本体下部６６０にはノズルに供給するインクを貯めたインク容器１が納められている。ふた６７０は開閉可能で、インク容器１を本体６００から引き出せるようになっており、インクや溶剤の補給、廃棄等のメンテナンスが容易にできるように構成されている。

つぎに、本発明に関わるインクジェット記録装置の動作について図１及び図８を用いて説明する。

図１は、本発明による第一の実施例のインクジェット記録装置におけるインクおよび溶剤ガスの流路系統を示す概略構成図である。また、図８は、本発明のインクジェット記録装置のガターを示す断面図である。

図１において、インクやガスのインク容器１への流入・インク容器１からの流出は、インク容器１に接続されたインク供給流路２１、インク回収流路２２、排気循環流路２３（ガス供給流路とも呼ぶ。）、圧抜き流路２４（大気開放流路とも呼ぶ。）を通して行われる。本実施例においては、排気循環流路２３と圧抜き流路２４とは、別々に設けられている。すなわち、排気循環流路２３と圧抜き流路２４とは、それぞれ独立した流路を構成している。なお、図９に示す変形実施例のように、圧抜き流路２４を排気循環流路２３から分岐させる構成としてもよい。

インク供給流路２１は、インク容器１、インクを圧送する供給ポンプ２（インク供給手段又はインク供給部と呼んでもよい。）、流路の開閉を行う供給弁３３、インク圧力を調節する調圧弁３、供給インクの圧力を計測する圧力計４、フィルタ５を含む構成であり、インク容器１のインクを所定の圧力にてノズル６に供給する。

ノズル６より吐出するインク粒子８は、帯電電極７で帯電され、５ｋＶの高電圧が印加された高圧電極９と接地されたグランド電極１０との間を飛翔する。高圧電極９とグランド電極１０との間に静電界が形成されているため、帯電したインク粒子８Ａは、その帯電量に応じて偏向され、被印字物１２に付着し、印字が行われる。印字に使用しないインク粒子８Ｂは、ガター１１に取り込まれて回収される。

図８において、ガター１１は、印字に使用しないインク粒子８Ｂを取り込む第一流路４１と、インク回収流路２２に接続している第二流路４３と、第一流路４１と第二流路４３を接続する流路曲部４２と、排気循環流路２３と第一流路４１を接続する第三流路４４からなる。印字に使用しないインク粒子８Ｂは、第一流路４１を通って、流路曲部４２に衝突し、液膜状に濡れ拡がる。濡れ拡がったインクは、回収ポンプ１４により発生した負圧により吸引され、第二流路４３からインク回収流路２２へ吸引される。

ここで、回収ポンプ１４は、インク回収手段又はインク回収部と呼ぶこともできる。

なお、本実施例で用いた回収ポンプ１４はダイヤフラム式ポンプであり、エア流量１５０ｍｌ／分で吸引できるため、第一流路４１内をインクで濡らすことはあっても、ガター１１からインクを漏らすことなくインク容器１に回収できる。

第三流路４４は、排気循環流路２３から流入する溶剤ガスを第一流路４１に供給する。第三流路４４は第一流路４１からのインクの浸入を防止するために、絞り４４ｂを有した段付流路構造をしている。本実施例では、第三流路４４の流路４４ａの内径１ｍｍ、絞り４４ｂの内径０．３ｍｍとし、排気循環流路２３へのインク浸入を防止している。

図１において、インク回収流路２２は、インクの回収中に混入した異物を取り除くフィルタ１３、ガター１１に負圧を発生させる回収ポンプ１４、インク回収流路の開閉を行う回収弁３４を含む構成であり、ガター１１で取り込んだインクをインク容器１に回収する。回収弁３４は電磁式二方弁であり、インク回収時は開放している。なお、回収弁３４は、インク回収流路２２にあればよく、本体６００だけでなく印字ヘッド６１０内にあってもよい。ガター１１では、インクとともに排気循環経路２３から供給される溶剤ガスを吸い込むため、インク回収流路２２内では気液混合状態で回収されるが、インク容器１でインクと溶剤ガスは分離する。すなわち、インク容器１は、気液分離機能を備えており、気液分離部と呼ぶこともできる。また、気液分離部をインク容器１に設けたと言うこともできる。

なお、回収弁３４は流量調整機能を有する流量調整弁であってもよい。

インク容器１は、排気循環流路２３以外に溶剤ガスが漏れ出ることのないように密閉されているため、溶剤ガスはインク液面３０の上方に導入口が設置された排気循環流路２３に導かれる。また、インク容器１に回収されたインクは、インク液面３０の下方に導入口が設置されたインク供給流路２１から供給ポンプ２により吸い出され、ノズル６に供給される。なお、本実施例では、インク回収流路２２の出口（チューブ端）は、液面３０の上方に設置したが、下方であってもよい。

排気循環流路２３は、インク容器１とガター１１とを連通する流路であり、インク容器１で回収したインクから分離した溶剤ガスをガター１１に供給する。本実施例では、排気循環流路２３に使用した接続チューブは内径２ｍｍ、長さ４ｍのテフロン（登録商標）チューブで、インク容器１とガター１１とを接続している。

ここで、ガター１１に供給される溶剤ガスは、インク容器１の内部から供給されるため、溶剤ガス中の溶剤の蒸気圧はほぼ飽和蒸気圧に達している。このため、ガター１１で回収されたインク粒子８Ｂからの溶剤の蒸発を抑制することができる。

圧抜き流路２４は、流路の開閉を行う圧抜き弁１０１を持っている。本実施例では、圧抜き流路２４に使用した接続チューブは内径２ｍｍ、長さ０．５ｍのテフロン（登録商標）チューブを使用し、インク容器１側のチューブ端はインク液面３０の上方に、大気側のチューブ端は本体６００の外に露出させている。圧抜き弁１０１は電磁式二方弁であり、開放することで溶剤ガスをインク容器１から本体６００の外部に放出する。ノズル６よりインクを吐出している場合は、圧抜き弁１０１は通常閉止している。

なお、圧抜き弁１０１は流量調整機能を有する流量調整弁であってもよい。

つぎに、インクジェット記録装置の制御回路６４５について図５を用いて説明する。

ＣＰＵ３００は、本実施例のインクジェット記録装置の制御を司る中央演算処理装置である。ＲＯＭ３１０は、ＣＰＵ３００が動作するのに必要なプログラムや制御データを記憶する読み出し専用のメモリである。ＲＡＭ３０５は、プログラム実行途上でＣＰＵ３００が扱うデータ等を一時的に記憶する書き換え可能なメモリである。バスライン３８０はＣＰＵ３００からのデータ、アドレス信号、コントロール信号全てを含む信号ラインである。インターフェース回路３１５は、データ、アドレス信号、コントロール信号等の入出力を仲介する。

ポンプ制御回路３２０は、ＣＰＵ３００からの命令に基づいて供給ポンプ２、回収ポンプ１４の動作制御を行う。電磁弁制御回路３４０は、ＣＰＵ３００からの命令に基づいて供給弁３３、回収弁３４、圧抜き弁１０１等の電磁弁の動作制御を行う。励振源３７０はノズル動作条件に基づいた励振信号を作成し、ノズル６にある圧電アクチュエータ（図示せず）を駆動する。記録信号源３６０は入力された印字データに基づいて各インク粒子の記録信号及び印字有無情報を作成後、ＲＡＭ３０５に保存し、ＣＰＵ３００からの命令に基づいて帯電電極７に記録信号を印加する。

ここで、溶剤ガスの流れについて図２を用いて説明する。

図２は、本発明による第一の実施例のインクジェット記録装置の回収停止時におけるポンプ、弁等の状態を示すタイミングチャートである。本図において、横軸は切り替え操作等の時刻を示し、縦軸は、回収ポンプ１４、回収弁３４、圧抜き弁１０１、圧力２５及び２６の状態を示す。

印字動作中におけるインク噴出モードでは、回収ポンプ１４が運転、回収弁３４が開放状態、圧抜き弁１０１は閉止状態である。この時、溶剤ガスはインク容器１から排気循環流路２３のみに流れ、ガター１１からインク回収流路２２によりインク容器１に回収される。本実施例では、インク容器１内の圧力２５（Ｐ１）、および排気循環流路内の圧力２６（Ｐ２）は、大気圧より数十ｋＰａ程度高い状態である。このほか、インク噴出モードでは、供給ポンプ２が運転状態にあり、供給弁３３が開放状態にある。

つぎに、インクの噴出を停止する回収停止モードの動作について説明する。

インク噴出モードから停止モードに移行するＴ０では、供給ポンプ２を停止し、供給弁３３を閉止することにより、ノズル６からのインク噴出が停止する。

本実施例の場合、圧抜き流路２４の流体抵抗は、ガター１１の絞り４４ｂを有する排気循環流路２３より十分小さい。そのため、圧抜き弁１０１を開放することで、インク容器１の溶剤ガスは圧抜き流路２４から大気中に流れ、インク容器１の圧力２５（Ｐ１）、排気循環経路２３の圧力２６（Ｐ２）は瞬時（数ｍｓ（ミリ秒）以下）に大気圧となる。よって、Ｔ０とＴ１の時間は、圧力２５、２６が大気圧となるまでの応答時間（数ｍｓ以下）以上であればよいので、本実施例では１秒とし、インク漏れが無いことを確認している。

つぎに、インク容器１や排気循環流路２３の圧力が大気圧に低下した後のＴ１で回収弁３４を閉止し、さらにＴ２で回収ポンプ１４を停止させて、回収動作を停止する。この時、圧抜き弁１０１が開放されているので、圧力２５（Ｐ１）、２６（Ｐ２）は大気圧であり、排気循環流路２３および圧抜き流路２４での溶剤ガスは静止している。よって、第一流路４１に残ったインクが溶剤ガスによりガター１１からこぼれ出すことはない。

最後に、排気循環流路２３、インク容器１、インク回収流路２２が大気圧状態のまま、Ｔ３で圧抜き弁１０１を閉止し、Ｔ４で回収停止モードを終了し、装置停止となる。

本実施例では、Ｔ１からＴ２までの時間、Ｔ２からＴ３までの時間、及びＴ３からＴ４までの時間は、回収ポンプ１４、回収弁３４、圧抜き弁１０１の応答時間以上の１秒に設定し、問題ないことを確認している。

図３は、実施例１での圧抜き経路２４を用いないで、本発明であるインクジェット記録装置の発明効果を得るための第二の装置構成である。

以下、実施例１と異なる構成について説明する。

インク容器１とガター１１とを結ぶ排気循環流路２２には、排気循環流路の開閉が可能な封止弁１０２がある。封止弁１０２は、電磁式二方弁であり、開放状態でインク容器１とガター１１が連通し、インク容器１から溶剤ガスをガター１１に供給できるが、閉止状態でインク容器１からの溶剤ガスはガター１１に供給できない。

なお、封止弁１０２は流量調整機能を有する流量調整弁であってもよい。

ここで、運転モードにおける溶剤ガスの流れについて図４を用いて説明する。

印字動作中におけるインク噴出モードでは、回収ポンプ１４が運転、回収弁３４が開放状態、封止弁１０２は開放状態である。この時、溶剤ガスはインク容器１から排気循環流路２３のみに流れ、ガター１１からインク回収流路２２によりインク容器１に回収される。実施例１と同様に、インク容器１内の圧力２５（Ｐ１）、および排気循環流路内の圧力２６（Ｐ２）は、大気圧より数十ｋＰａ程度高い状態である。このほか、インク噴出モードでは、供給ポンプ２が運転状態にあり、供給弁３３が開放状態にある。

つぎに、インクの噴出を停止する回収停止モードの動作について説明する。

インク噴出モードから停止モードに移行するｔ０では、供給ポンプ２を停止し、供給弁３３を閉止することにより、ノズル６からのインク噴出が停止する。そして、封止弁１０２を閉止状態とするため、インク容器１からの溶剤ガスのガター１１への流れは遮断される。これにより、排気循環流路２３の封止弁１０２とガター１１の間の圧力２６（Ｐ２）は、絞り４４ｂによる流体抵抗のため、溶剤ガスをガターに供給しながら徐々に（数秒程度以下）大気圧まで低下する。ただし、回収弁３４は開放状態で、回収ポンプ１４は運転しているので、ガター１１からのインク回収は継続中で、ガター１１よりインクが漏れ出すことはない。

よって、ｔ０からｔ１までの時間は、圧力２６が大気圧となるまでの応答時間（３秒程度）以上であればよいので、本実施例では５秒とし、インク漏れが無いことを確認している。

インク容器１内の圧力２５（Ｐ１）は、回収弁３４を閉止するｔ１まで上昇するが、その後、圧力は一定となる。また、圧力２６（Ｐ２）はｔ１以降、大気圧であるため、排気循環流路２３からガター１１への流れは静止しており、ｔ２で回収ポンプ１４の停止後においても、ガター１１に残ったインクが溶剤ガスによりガター１１からこぼれ出すことはない。

最後に、圧力２６（Ｐ２）が大気圧状態のまま、ｔ２で回収ポンプ１４を停止し、ｔ３で回収停止モードを終了し、装置停止となる。

なお、ｔ３で封止弁１０２を一旦開閉動作させ、インク容器１の圧力２５（Ｐ１）を大気圧に低減させて装置停止としてもよい。

本実施例では、ｔ１からｔ２までの時間及びｔ２からｔ３までの時間は、回収ポンプ１４、回収弁３４、封止弁１０２の応答時間以上の１秒に設定し、問題ないことを確認している。

また、回収停止モードを終了し、装置を停止した状態では、供給弁３３、回収弁３４及び封止弁１０２を閉止してあるため、回収弁３４から封止弁１０２の流路内にあるインク溶剤の蒸発による溶剤ガスの漏れを低減することができる。したがって、溶剤の消費量を低減するとともに、装置周辺の溶剤ガス濃度の低減により作業環境を改善することができ、かつ、大気中への溶剤ガスの放出を低減することにより大気汚染及び地球温暖化の防止に寄与することができる。

すなわち、本発明によれば、ガター等に残ったインクが漏れ出すことを防止するとともに、溶剤の蒸発による溶剤ガスの漏れを低減することができる。

１：インク容器、２：供給ポンプ、５：フィルタ、６：ノズル、７：帯電電極、８：インク粒子、１１：ガター、１４：回収ポンプ、２１：インク供給流路、２２：インク回収流路、２３：排気循環流路、２４：圧抜き流路、３４：回収弁、１０１：圧抜き弁、１０２：封止弁。

Claims (8)

1. インクを貯留するためのインク容器と、前記インクをインク粒子として吐出して被印字物に印字を行うためのノズルと、前記インク容器から前記ノズルに前記インクを供給するためのインク供給部と、前記ノズルより吐出した前記インク粒子のうち、印字に使用しない前記インク粒子を前記インク容器に回収するためのガターと、このガターで回収した前記インク粒子を前記インク容器に返送するためのインク回収流路と、このインク回収流路に設置され、前記インクを前記インク容器に回収するためのインク回収部とを含むインクジェット記録装置であって、前記インク回収流路を介して前記インク粒子とともに返送されたガスを分離するための気液分離部と、前記ガターに前記ガスを供給するためのガス供給流路と、前記気液分離部から外部に前記ガスを放出するための大気開放流路とを有することを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記気液分離部を前記インク容器に設けた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. 前記ガス供給流路と前記大気開放流路とは、それぞれ独立した流路であることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェット記録装置。
4. 前記大気開放流路に弁を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置。
5. 前記ガス供給流路に弁を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェット記録装置。
6. 前記大気開放流路及び／又は前記ガス供給流路に設けた前記弁が二方弁であることを特徴とする請求項４又は５に記載のインクジェット記録装置。
7. 前記大気開放流路の前記弁を開放した後に前記インク回収部による前記インクの回収を停止するための制御部を設けたことを特徴とする請求項４又は６に記載のインクジェット記録装置。
8. 前記ガス供給流路の前記弁を閉止した後に前記インク回収部による前記インクの回収を停止するための制御部を設けたことを特徴とする請求項５又は６に記載のインクジェット記録装置。

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