(57)【要約】【課題】加工製造が容易で微小流量インクの圧力制御が可能となる減圧弁を用いたインクジェット記録装置を提供する。【解決手段】インクジェット記録装置に用いられる弁体と前記弁座とを接離させることでインク流路を開閉させインクの流量を調節してインクの圧力を制御する減圧弁において、弁体と弁座との当接部に、弁体または弁座の少なくとも一方に接着された圧縮復元性を持つゴム等からなるシール部材を設ける。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
印字用インクを保持するインク容器と、前記インク容器から配管経路を介してインクを吸引してインク吐出ノズルに加圧供給する供給ポンプと、前記供給ポンプとインク吐出ノズルの間に配置されて配管経路内のインク圧力を調整する減圧弁とを備えたインクジェット記録装置において、
前記減圧弁は弁体と弁座とを有し、前記弁体と前記弁座とを接離させて前記配管経路内のインクの流量を調節して前記配管経路内の圧力を調節するとともに、前記弁体と前記弁座との当接部に圧縮復元性を持つシール部材を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
請求項１記載のインクジェット記録装置において、前記シール部材はインク溶剤に対し耐溶剤性を有する合成樹脂からなることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のインクジェット記録装置において、前記シール部材はインク溶剤に対し耐溶剤性を有する合成ゴムからなることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項４】
請求項３に記載のインクジェット記録装置において、前記シール部材はエチレンプロピレンジエンゴムからなることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載のインクジェット記録装置において、前記減圧弁の前記弁座側の当接面に加硫接着されたシール部材を有することを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項６】
請求項３または４に記載のインクジェット記録装置において、前記減圧弁の前記弁体側の当接面に加硫接着されたシール部材を有することを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項７】
請求項３または４に記載のインクジェット記録装置において、前記減圧弁の前記弁座側の当接面に加硫接着されたシール部材を有するとともに、前記シール部材を接着する弁座当接面に加硫温度以上の耐熱性を有する材料を用いたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項８】
請求項７記載のインクジェット記録装置において、前記シール部材を接着する弁座側当接面の部材をガラス繊維を表面に含有するポリブチレンテレフタレートまたはポリフェニレンテレフタレートのいずれかを用いたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項９】
請求項７記載のインクジェット記録装置において、前記シール部材を接着する弁座側当接面の部材表面は加硫接着されたシール部材に接着強度を与える表面粗さを有することを特徴とするインクジェット記録装置
【請求項１０】
請求項３または４に記載のインクジェット記録装置において、前記減圧弁の前記弁体側の当接面に加硫接着されたシール部材を有するとともに、前記シール部材を接着する弁体当接面に加硫温度以上の耐熱性を有する材料を用いたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項１１】
請求項１０記載のインクジェット記録装置において、前記シール部材を接着する弁体側当接面の部材をガラス繊維を表面に含有するポリブチレンテレフタレートまたはポリフェニレンテレフタレートのいずれかを用いたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項１２】
請求項１０記載のインクジェット記録装置において、前記シール部材を接着する弁体側当接面の部材表面は加硫接着されるシール部材に接着強度を与える表面粗さを有することを特徴とするインクジェット記録装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルからのインク噴出圧力を減圧弁によって調整するインクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置のインク循環系においては、インク容器内のインクを供給ポンプで吸い込んで加圧し、加圧したインクをフィルタや圧力調整弁（減圧弁）を通して印字ヘッドに供給して印字を行い、印字ヘッドにおいて印字に使用しなかったインクを回収ポンプで吸い込み、再びインク容器に回収する構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２２０７１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
インクジェット記録装置では安定した印字を行うために印字ヘッドに供給するインク圧力を調整する必要があり、減圧弁が使われている。ここで、例えばノズル穴径が６５［μｍ］の場合は減圧弁を通して印字ヘッドへ供給するインク量は約３．５［ｃｃ／ｍｉｎ］程度であり、減圧弁は微小流量のインクを制御する必要がある。ここで用いる減圧弁としては、弁体（バルブ）と弁座（バルブシート）の接離によりインク流路を開閉させ、インク圧力を制御しているものがある。このような従来の減圧弁においては、弁体と弁座との当接部は金属、または樹脂でできており、特に微小流量の流体を制御する場合、この弁体および弁座の金属、または樹脂の当接部の面が粗いと、前記当接部を密着させてもインク流量を絞ることができず、供給されるインク圧力を減圧できなくなる。そのため、前記当接部には研磨仕上げ等の精密な加工が必要となっている。
【０００５】
しかし、上述した精密な加工を行うためには複数の工程とともに熟練した技術が必要となるために多くの加工工数を要し、その結果として減圧弁製造のコストアップをもたらし、インクジェット記録装置のコストアップにつながっている。
【０００６】
また、前記当接部に傷が付いたり、異物を挟み込んだりすると、弁体と弁座との当接面に隙間ができてしまい、インクの漏れによりインク圧力制御の精度が悪くなる。
【０００７】
本発明の目的は、加工が容易で安価に製造でき微小流量インクの圧力制御が可能となる減圧弁を用いたインクジェット記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するため、本発明は、弁体と弁座とを接離させることでインク流路を開閉させインクの流量を調節することによりインクの圧力を制御する減圧弁において、前記弁体と前記弁座との当接部に、前記弁体または前記弁座の少なくとも一方に接着された圧縮復元性を持つシール部材を備えている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、弁体と弁座との当接部に圧縮復元性を持つシール部材を用いることにより、シール部材の弾性変形により前記当接部の面粗さによる隙間を埋め当接部の面精度を粗くすることができる。このため前記当接部の面を精密加工しなくても加工が容易で微小のインクの圧力制御が可能となる減圧弁を提供できる。
【００１０】
また、弁体と弁座のどちらか一方に加硫接着した圧縮復元性を持つシール部材を設ける場合は、さらに量産加工が容易であり減圧弁製造のコストダウンとなり、インクジェット記録装置のコストダウンにつながる。
【００１１】
また、例えば弁体と弁座との当接部に多少の異物が挟み込まれた場合でも、当接面間の隙間を圧縮復元性を持つシール部材の弾性変形で埋めることができるため、従来構造よりインク圧力の制御に与える影響を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、図面を用いて本発明の第１の実施の形態について詳述する。なお、本発明は図示例に限定されるものではない。
【００１３】
図１は本発明の第１の実施の形態にかかるインクジェット記録装置１００を示す斜視図である。インクジェット記録装置１００には、外部には操作表示部３が備えられた本体１と印字ヘッド２が備えられており、本体１と印字ヘッド２は導管４で接続されている。
【００１４】
ここでインクジェット記録装置１００の動作原理について説明する。図２に示すように、インク容器１８内のインクはポンプ２５に吸引、加圧されてインク柱７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７を粒子化するようになっている。これにより生成されるインク粒子１０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１０は、印字情報に対応した大きさの電圧を帯電電極１１にて印加することで電荷を与えられるようになっている。帯電電極１１で帯電させられたインク粒子１０は、偏向電極１２間の電界中を飛翔している間、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１０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行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、偏向方向と直行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。
【００１５】
印字に使用しなかったインク粒子１０は偏向電極１２間を直線的に飛翔して、ガター１４により補足された後に経路を経由して、主インク容器１８に回収される。
【００１６】
図３はインクジェット記録装置１００の実際の使用状態の一例を示すものである。インクジェット記録装置１００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、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。
【００１７】
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１００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１００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、それぞれは本体１内の図示しない制御部に接続されている。
【００１８】
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１０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１０を印字対象物１３へ付着させて印字を行うようになっている。
【００１９】
図４は、インクジェット記録装置１００の全体的な経路構成を示す説明図である。本体１には、循環するインクを保持する主インク容器１８が備えられており、主インク容器１８には、主インク容器１８内の液体が内部に保持されるのに適正な量である基準液面レベルに達しているか否かを検知する液面センサ３８が備えられている。主インク容器１８には、インクを循環させるための経路１０１を介してインクの粘度を計測するための落下式粘度計である粘度計測器２１に接続されている。
【００２０】
粘度計測器２１は経路１０２を介して経路の開閉を行う電磁弁２２に接続されており、電磁弁２２は経路１０３を介してインクや溶剤の吸引、圧送に供されるポンプ２５に接続されている。そして、ポンプ２５は経路１０４を介してインク中に混入している異物を除去するフィルタ２８に接続されている。
【００２１】
フィルタ２８は、経路１０５を介してポンプ２５から圧送されたインクを印字するために適正な圧力に調整する減圧弁３０に接続されており、減圧弁３０は、経路１０６を介してインクの圧力を検出するための圧力計３１に接続されている。
【００２２】
圧力計３１は、導管４内をとおる経路１０７を介して印字ヘッド２内に備えられたインクを吐出する吐出口を供えたノズル８に接続されている。
【００２３】
ノズル８のインク吐出方向には、ノズル８から吐出されたインク粒子１０に印字する文字情報に応じた電荷量を粒子に帯電させる帯電電極１１が配置されている。帯電電極１１により帯電させられたインク粒子１０の飛翔方向には、帯電されたインク粒子１０を偏向させる電界を発生させる偏向電極１２が配置されている。
【００２４】
偏向電極１２のインク飛翔方向側には、印字に使用されないために帯電、偏向されずに直線的に飛翔するインク粒子１０を捕捉するガター１４が配置されている。
【００２５】
ガター１４は、導管４内をとおる経路１０８を介して本体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２９と接続されており、フィルタ２９は、経路１０９を介してガター１４により補足されたインク粒子１０を吸引するポンプ２６と接続されている。そして、ポンプ２６は、経路１１０を介して吸引したインク粒子１０を主インク容器１８に回収する。
【００２６】
本体１には、排気口３２が設けられており、排気口３２は経路１５０を介して主インク容器１８と接続されており、インク中の揮発した溶剤成分が経路１５０を介して、本体１の外部に排気される。
【００２７】
また、本体１には、ノズル８におけるインクによる汚染及びインクの濃度を調整する溶剤容器２０が備えられており、溶剤容器２０は、経路１１１を介して溶剤の吸引、圧送を行うポンプ２７に接続されている。また、ポンプ２７は、経路１１２を介して経路の開閉を行う電磁弁２４に接続されており、電磁弁２４は、経路１１３を介して主インク容器１８に接続されている。
【００２８】
さらに、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１２０を介して経路の開閉を行う電磁弁２３に接続されている。そして、電磁弁２３は経路１２１を介して経路１０３に接続されている。
【００２９】
次に、図５にインクジェット記録装置１００の機能ブロック図を示す。インクジェット記録装置１００には、例えばＭＰＵを備える制御部２００が備えられており、制御部２００はバスライン２０１を介して、操作表示部３、ノズル８、帯電電極１１、偏向電極１２、エンコーダ１６、印字センサ１７、粘度測定器２１、電磁弁２２，２３，２４、ポンプ２５，２６，２７、減圧弁３０、液面センサ３８及び記録部２０２等の各部を制御するようになっている。
【００３０】
記録部２０２には、インクジェット記録装置１００を制御するためのプログラムが格納されており、制御部２００はこのプログラムに基づいてインクジェット記録装置１００を構成する各部位を制御するようになっている。
【００３１】
記録部２０２には、印字を行うためのインクの適正なインク圧力、すなわち印字を行うにあたっての上限値（Ｐ max）及び下限値（Ｐ min）が記録されている。
【００３２】
インクジェット記録装置においては、ノズルから吐出するインクの圧力を印字が適正に行うことができる範囲内に制御する必要があり、適正な範囲から外れたインク圧力になると、ノズルから吐出したインクが粒子化する位置が変化したり、インク粒子が均一な形状に粒子化しないなどの現象が発生して、インク粒子に所望の帯電量を与えることができず、適正な印字結果を得ることができない。
【００３３】
そこで、上記現象の発生を避けるため、インクジェット記録装置においては、インク圧力を調整し、一定圧力に維持する手段が必要となる。
【００３４】
図６は公知技術における減圧弁の動作原理図を示している。このような減圧弁において、弁体であるパイロット弁４１と、パイロット弁４１との当接部に金属当接部４２Ａを備えた弁座であるバルブシート４２とを備え、パイロット弁４１と金属当接部４２Ａを接離することにより、インク流量を調整し、インク圧力を制御している。図６(a)は減圧弁の閉状態、図６(b)は減圧弁の開状態を示す。バルブシート４２はステンレス鋼を使用し、パイロット弁４１との当接面にシール用の十分な面圧を得るために段差を設けて当接面積を小さくし、当接面粗さはRa=0.2、平面度０．００５として精密研磨を行っていた。パイロット弁４１は永久ひずみの発生を防ぐため、高価ながら剛性の高いＰＣＴＦE（ポリクロロトリフルオロエチレン）樹脂を用いており成型に機械加工を必要とする。
【００３５】
図７は本発明の一実施例に係る減圧弁の縦断面図を示し、図８は図７のＡ部の拡大縦断面図を示す。本実施例に係る減圧弁３０は、ポンプ２５によって加圧された流体が供給される１次側流路５１Ａと２次側流路５１Ｂを有するボディ５１と、大気開放穴５２Ａを有しボディ５１の上側に設けたケース５２とを備えている。
【００３６】
ボディ５１は他の機器との接続部、あるいは他の機器と共に取り付けるマニホールドの一部であり、外部との接続部に１次側流路５１Ａ、２次側流路５１Ｂが設けられ、それぞれの流路から圧力室５１Ｃの底部に通じている。
【００３７】
圧力調整手段を実現するための構成について説明する。２次側流路５１Ｂに連通する流路である圧力室５１Ｃと、圧力室５１Ｃと通じ１次側流路５１Ａに連通する流入孔５１Ｄとを形成するボディ５１と、圧力室５１Ｃに流れる流体に直接接して管路内圧力を受けて変形するダイヤフラム５３とを備えている。圧力室５１Ｃ内のダイヤフラム５３は、流体に直接接して管路内圧力を受けるためのもので、薄膜からなり、周囲にダイヤフラム５３を固定するための溝が形成されている。ダイヤフラム５３の機械的変形量に応じて中央軸方向に移動するパイロットピン５４と、パイロットピン５４と連動して軸方向に移動するパイロット弁５５とが備えられている。パイロット弁５５との当接部にゴム５６Ａを備えボディ５１に固定されたバルブシート５６と、パイロット弁５５をバルブシート５６に押圧するための第２のばね５７と、ボディ５１内部に１次側流路５１Ａを作成し第２のばね５７を固定するためのピース５８と、ピース５８とバルブシート５６に囲まれ１次側流路と連通する圧力調整室５１Ｅと、圧力調整室５１Ｅと圧力室５１Cの弁部以外からのインクの流通を遮断するためにバルブシート５６とピース５８とボディ５１とに接するＯリング６６とから構成されている。バルブシート５６の、パイロット弁５５との当接面には圧縮復元性を持つシール部材であるゴム５６Ａが接着されている。
【００３８】
ゴム５６Ａは圧縮復元性を持つゴム、合成樹脂その他の材料から形成することができる。インク溶媒が有機溶剤の場合は、耐溶剤特性の高いＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエン）ゴムを用いることができる。ＥＰＤＭからなるシール部材はバルブシートに加硫接着により固着する場合は、加硫温度が約２００℃弱であることから、加硫温度以上の耐熱性を持つ材料をバルブシートに用いる。接着性をさらに向上させるためには、ガラス繊維強化形のＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）を用いることができる。
【００３９】
バルブシート材料にその他の金属や合成樹脂を用いる場合は、表面処理を行って適度な表面粗さを与えることが接着性を高めるために有効である。
【００４０】
パイロット弁５５は同様に耐溶剤性の高い合成樹脂であるＰＢＴ，ＰＰＳ，ＰＯＭ（ポリアセタール）またはステンレス鋼を用いることができる。バルブシートに代えてパイロット弁にシール部材を加硫接着する場合は、上述したバルブシートの材質条件がそのままパイロット弁に適用される。
【００４１】
ケース５２内に設置された第１のばね５９がダイヤフラム５３を押す荷重は、第１のばね５９中央軸上でダイヤフラム５３に接する第１のばね座６０と、ダイヤフラム５３を挟んで第１のばね座６０と反対側にありダイヤフラム５３を固定しているプランジャー６５と、第１のばね５９を挟んで第１のばね座６０と反対側中央軸上に設置される第２のばね座６１と、それらを囲み組立用ネジ６２によってボディ５１に固定されたケース５２と、ボディ５１に固定され第１のばね５９と同軸上にあり第２のばね座６１を介して第１のばね６２に所望の荷重を加えるための調整ネジ６３とを備えて構成されている。
【００４２】
次に、本実施例の減圧弁３０の動作について図４により説明する。まず、インクジェット記録装置１００において、主インク容器１８のインクをポンプ２５にて吸引し、フィルタ２８を介し、減圧弁３０でインクを所定の値に減圧してノズル８からインクを噴出して印字する。印字に使用されなかったインクはガター１４で補足され、ポンプ２６で主インク容器１８に戻される。
【００４３】
再び図７および図８において、減圧弁３０内で加圧されたインクは１次側流路５１Aを通り圧力調整室５１Eに流入し、圧力調整室５１Eから圧力室５１Cに流入する過程で所定のインク圧力に調整して、２次側流路５１Bを通りインクをノズル８に供給している。１次側流路５１Aおよび２次側流路５１Bは常にインクで満たされており、ノズル８からインクが吐出している間は２次側流路５１Bからノズル８へインクが供給されている。
【００４４】
図９は減圧弁の動作を説明する模式図を示しており、ダイヤフラム５３が受ける２次側の圧力と第２のばね５７がパイロット弁５５を押し上げる力の合計値は、ダイヤフラム５３を挟んで反対側中央軸上に、ケース５２内部に設置された第１のばね５９がダイヤフラム５３に加える荷重と、ほぼ釣り合うようになっている。
【００４５】
図９（ａ）のように、圧力室５１Ｃ内の２次側のインク圧力が、第１のばね５９の押し圧より高い時は、ダイヤフラム５３が圧力室５１Ｃと反対の方向に変位するため、バルブシート５６とパイロット弁５５の間にギャップが無くなり、インクは流れない。しかし、圧力室５１C内のインクは２次側流路５１Ｂを通り少しずつノズル８へ供給されるため、圧力室５１C内の２次側のインク圧力が下がり、ダイヤフラム５３が圧力室５１Cを狭くする方向に変位するように移行する。
【００４６】
次に、図９（ｂ）が示すように、圧力室5１Ｃ内の２次側のインク圧力が、第１のばね５９の押し圧より低い時は、ダイヤフラム５３が圧力室５１Ｃを狭くする方向に変位するため、プランジャー６５と連動しパイロットピン５４を介してパイロット弁５５が押し下げられる方向に変位し、バルブシート５６とパイロット弁５５の間にギャップが形成されるため、インクは圧力調整室５１Ｅから圧力室５１Ｃに流入する。しかし、圧力室５１Cへのインクの流入量が多くなり、２次側のインク圧力が上がり、ダイヤフラム５３が圧力室５１Cと反対の方向に変位するように移行する。減圧弁３０は図９（ａ）と図９（ｂ）の状態を繰り返し、２次側のインク圧力変動に合わせてインクの流れを制御することにより２次側のインク圧力を制御する。
【００４７】
なお、ケース５２に取り付けられた調整ネジ６３を回すことで、第１のばね５９がダイヤフラム５３に加える荷重を変えることができ、２次側のインク圧力を所定の値に調整する。
【００４８】
そして、本実施形態によれば、次に述べるような効果を得ることができる。減圧弁３０においては、バルブシート５６とパイロット弁５５との当接部のどちらかにゴム５６Ａを用いることで、当接面に異物を挟み込んだ場合でもゴム５６Ａが弾性変形し当接面を閉じることができるため、所望のインク圧力を得ることができる。また、更に、ゴム５６Aを用いることで、ゴム５６Ａが弾性変形し、バルブシート５６とパイロット弁５５との当接部の面粗さによる隙間を埋めるので、バルブシート５６とパイロット弁５５との当接部の面精度をラフにすることができるため、量産加工が容易となる。その結果として、減圧弁３０製造にあたってのコストダウンをもたらし、インクジェット記録装置１００製造のコストダウンにつながる。
【００４９】
また、本実施形態ではパイロット弁５５との当接部にゴム５６Ａを取り付けたバルブシート５６を用いたが、その他に、図１０で本発明の第２の実施形態を示す。弁座と弁体部分の拡大断面図が示すように、バルブシート７２との当接部にゴム７１Ａを取り付けたパイロット弁７１を用いることとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態におけるインクジェット記録装置の全体図である。
【図２】図１のインクジェット記録装置の動作原理図である。
【図３】本発明のインクジェット記録装置の実使用状態を示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態におけるインクジェット記録装置の経路構成を示す説明図である。
【図５】本発明のインクジェット記録装置１００の機能ブロック図である。
【図６】公知技術における減圧弁の動作を説明する模式図である。
【図７】本発明の一実施形態における減圧弁の縦断面図である。
【図８】図７のA部の拡大縦断面図である。
【図９】本発明に用いられた減圧弁の動作を説明する模式図である。
【図１０】本発明の別の実施形態を示す、弁座と弁体部分の拡大縦断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…本体部、２…印字ヘッド部、８…ノズル、１０…インク粒子、１８…主インク容器、１９…インク容器、２５…ポンプ（インク供給用）、２６…ポンプ（インク回収用）、３０…減圧弁、４１…パイロット弁、４２…バルブシート、４２Ａ…金属当接部、５１Ａ…１次側流路、５１Ｂ…２次側流路、５５…パイロット弁、５６…バルブシート、５６Ａ…ゴム、７１…パイロット弁、７１Ａ…ゴム、７２…バルブシート、１００…インクジェット記録装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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