(57)【要約】【課題】  インク品質の長期安定性を向上させ、かつ、効率の良い印刷を行わせる。【解決手段】本発明は、インク送りを加圧ポンプや減圧ポンプを用いてインクタンクの中の圧力を制御することでインクに触れる部品を減らし、可撓性タンクに不活性ガスを充填し、空気の代わりにそのガスを使用することとインク系が大気に開放されていない閉じたシステムにすることでインクの変質を防ぎ、循環式ヘッドをインクを往復して流すことで、効率の良い印刷を行わせる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェット・ヘッドと、インクを供給するインク供給タンクと、該インク供給タンクに空気経路により接続されたエアポンプと、該インク供給タンクからインク経路を介してインクを供給されるインクタンクと、可撓性の材料で作られたエアバッグとから構成され、該エアポンプの先と該インクタンクとがそれぞれ空気経路でエアバッグに接続されていて、該エアバッグ内の空気を該エアポンプで加圧して該インク供給タンクに送り込むことでインクを該インクタンクに送ることを特徴とするインクシステム。
【請求項２】
該エアタンクに不活性ガスを充填したことを特徴とする請求項１のインクシステム。
【請求項３】
請求項２のインクシステムにおいて、インクジェット・ヘッドを循環式インクジェット・ヘッドとし、該インクタンクと該循環式インクジェット・ヘッドを介してインク経路で接続された循環タンクを備え、該インク供給タンクと該インクタンクと該循環タンクとにそれぞれ備えられた、空気経路で該エアバッグに接続された加圧用エアポンプと減圧用エアポンプを用いて該インクタンクと該循環タンクとに正圧と負圧の空気を交互に送り込むことによって該循環式ヘッド内を往復するようにインクを送ることを特徴とするインクシステム。
【請求項４】
請求項２のインクシステムにおいて、該インクタンクに直接インクを手動で補充することによって、該インク供給タンク、及びそれに備えられた該加圧用エアポンプと該減圧用エアポンプを省略したことを特徴とするインクシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】      本発明は、インクが空気と機能部品に触れないようにし、循環式インクジェット・ヘッドを搭載したインクシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】      インクジェット・プリンタに使用するインクジェット・ヘッドとして、インクジェット・ヘッドに混入した気泡を排除して記録ヘッドの目詰まりを減らすように、印刷に消費される量以上のインクをヘッド内部の共通インク室に流すインク循環式インクジェット・ヘッド（以後、「循環式ヘッド」）が開発されており、その構造や特徴に関しては例えば、下記の［特許文献１〜４］のような文献がある。【特許文献１】特開平１０−０２９３１７    ゼロックス
【特許文献２】特表２０００−５０７５２２  スペクトラ
【特許文献３】特開２００８−０９３８５４  キャノン
【０００３】      一方、インク経路にある部品にインクに含まれる成分が溶け出したり、もしくは、インクに不必要な成分が部品からインクに入り込むことを避けるために、インクシステムに使用する部品には化学的に安定な材料で作られていることが要求され、部品の寿命が短くなるとか、部品が高価になるなどの問題があった。これらは、従来の単純な水性インクや油性インクよりも紫外線硬化型のＵＶインクになると更に問題となった。これに対処するため、インクを送るためのポンプやバルブをインク流路中に置かず、密閉したインクタンクに加圧した空気を送り込んでインクタンクの内圧を高くしてインクを送り出す方法が以下のように提案されている。【特許文献４】特開２００５−０７４９８５  ノーリツ鋼機
【特許文献５】実新３１２１７５７号  理想科学
【特許文献６】特開２００８−１６２２８４  東芝テック
【０００４】      さらに、前述した紫外線硬化型インク（以後、ＵＶインク）は空気中の酸素に触れることで変質しやすいので、直接空気に触れないようにするため、密閉したインクタンクに送り込む加圧した空気として、インク供給タンクや廃インクタンクの中から、インクの蒸発成分や揮発成分が含まれた空気を利用する方法が上記［特許文献５］や以下のように提案されている。【特許文献７】特開２００１−１６２８３８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】      密閉したインクタンクに加圧した空気を送り込んでインクタンクの内圧を高くしてインクを送り出す方法に加えて、その空気として、インクの蒸発成分や揮発成分が含まれた空気を利用する方法が提案されているが、その程度ではプリンタの中でインクが長期間にわたって安定に保存されるという保証がなかった。【０００６】      通常のインクシステムにおいては、インクジェット・ヘッドのノズルからインクが漏れ出さないようにノズル部でインクが凹のメニスカスを作り、かつ、インクドロップを正常に吐出するために、インクジェット・ヘッドのノズル部には、ヘッドの種類によって値は異なるが、水頭差で約−１００数十ｍｍに匹敵する負圧が必要であるが、プリンタによっては、インクタンクをそんなに低い位置に設置出来ないという問題があった。【０００７】      さらに、循環式ヘッドにおいては、密閉したインクタンクからインクを循環式ヘッドに送り込むため、インクタンク内のインク量が減少すると、インクをインクタンクに補充する間は印刷を中止しなければならないという問題があった。【０００８】      本発明では、以上の課題を解決するためになされたものであり、インクシステムに新しい構成、動作を採用することによって、長期間にわたって安定して稼動すると共に、循環式ヘッドを効率よく稼動出来るインクジェット・プリンタを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】      前記の目的を実現するために、本発明のインクシステムでは、密封されたインクタンクに、エアポンプによって加圧、もしくは、減圧された空気を送り込むことによって、インクを送り出すとか、インクを吸い込むとかすることでインクを送るインク移送方法を採用するが、エアポンプによって加圧、もしくは、減圧される空気の代わりに、弾力性の無い薄いプラスチック・フィルムを材料とした可撓性エアバッグに充填した不活性ガスを利用すること、循環式ヘッドを使用する場合は、循環式ヘッドの両側にインクタンクを置き、インクは循環式ヘッドを通ってこれらのタンク間を往復するように送ること、この時、循環式ヘッドのノズルの前後のインク圧力に水頭差に相当する差をつけて、インクタンクの設置位置を自由にすること、等を行う。
【発明の効果】
【００１０】      本発明によるインクシステムを使用したインクジェット・プリンタでは、空気圧を利用してインクを送ることでインクが触れる部品はインクタンク、インク経路、インクジェット・ヘッドといった必要最小限の部品に限定出来、空気の代わりに不活性ガスを用いることで長期間の使用に際してもインクの品質安定が望め、インクシステムが密閉構造になるためインクの臭気が外部に漏れなくなり、循環式ヘッドを使用する場合は水頭差をインクタンクの高さで得る必要が無くなるので部品配置の自由度が大きくなり、循環式ヘッドを介して設けた２個のインクタンク間でインクを往復させることで、インク補給の時間を短縮することが出来るなど、大きな効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】      ［第１実施形態］      本発明の大きな要素である、弾力性の無い薄いプラスチック・フィルムを材料とした可撓性エアバッグに充填した空気を利用する場合について、循環式ヘッドではないインクジェット・ヘッドを用いた構成を図１に示す。【００１２】      インクが入っている２つのタンク、すなわち、インクタンク３は直接、インク供給タンク４は加圧ポンプ７を介してそれぞれ空気経路で可撓性エアバッグ５に接続されている。【００１３】      本インクシステムは、可撓性エアバッグ５内の空気を加圧ポンプ７で密封されたインク供給タンク４内に加圧空気を送り込むと、その中のインクはインク経路９を通ってインクタンク３に送り出され、レベルセンサ１１が上限に達した信号を制御部１３に伝えると、制御部１３は加圧ポンプ７の駆動を停止する。【００１４】      可撓性エアバッグ５の材料の性質上、可撓性エアバッグ５の内圧とインクタンク３の内圧は共に大気圧に等しいので、インクジェット・ヘッド１の大気に露出しているノズル２とインクタンク３のインク面との差、すなわち、水頭差１４は、インクタンク３が密閉構造であるにもかかわらず、そのままの寸法で有効である。【００１５】      インクジェット・ヘッドが印刷動作をして、インクタンク３内のインクが減少してレベルセンサ１１が下限に達した信号を制御部１３に伝えると、制御部１３は加圧ポンプ７の駆動を開始する。【００１６】      以上に述べたように、本発明によるインクシステムの第１実施形態では、加圧ポンプ７で使用する空気は可撓性エアバッグ５から得ており、インクタンク３もインク供給タンク４も大気に開放されておらず、大気に露出しているのはインクジェット・ヘッド１のノズル２だけ、ということで、インクの揮発成分や蒸発成分が外部に出るのを最小限にすることが出来る。【００１７】      さらに、インクに直接触れる部品を、インクタンク３、インク供給タンク４、そして、それらの間のインク経路９、１０（具体的には、チューブ）だけと、必要最小限に抑えることが出来るので、インクに触れて劣化したり、インクに成分が溶出したりすることを避けるために特殊な材料で出来た高価なポンプとかバルブを使用する必要が無くなる。【００１８】      ［第２実施形態］      第１実施形態において、可撓性エアバッグ５に空気の代わりに窒素ガスやアルゴンガスのような不活性ガスを充填するもので、こうすることによって、インクタンク３やインク供給タンク４の内部にインクが長期間滞留していても、インクの変質を最小限に維持出来る。これは、空気中の酸素に触れることで変質しやすいＵＶインクにとって、きわめて重要である。【００１８】      ［第３実施形態］      次に、循環式ヘッド１０１を採用した場合の構成が図２であるが、インクタンク１０３、インク供給タンク１０５に加えて、循環タンク１０４を設け、インクタンク１０３と循環タンク１０４とに交互に加圧空気と減圧空気を送り込むことで、インクを循環式ヘッド１０１内で往復させることが出来る。【００１９】      この時、インクタンク１０３、循環タンク１０４、インク供給タンク１０５はそれぞれ、加圧ポンプ１０９，１１０，１１１、減圧ポンプ１１２、１１３、１１４をを経由して空気経路（空気経路１２０で代表したが、図中では２本線で表示）を経由して可撓性エアバッグ１０６に接続されている。【００２０】      第３実施形態では、第１実施形態で記述したように、循環式ヘッド１０１のノズル２が大気に露出しているだけで、その他は密閉構造になっており、さらに、第２実施形態と同様に、可撓性エアバッグ１０６には不活性ガスを充填する。【００２１】      さて、ノズル１０２からインクが漏れず、しかも、インクドロップを形成するのに適してノズル１０２に凹のメニスカスが形成されるためには、ノズル１０２の前後のインクの圧力差が、インクジェット・ヘッドの種類で多少異なるが、水頭差として通常求められるほぼ−１ＫＰａ程度が必要になる。【００２２】      本発明では、ヘッドを挟んで設けられたインクタンク１０３と循環タンク１０４に加圧ポンプ１０９，１１０と減圧ポンプ１１２，１１３を用いてタンク内を交互に加圧、減圧して、インク経路（インク経路１１９で代表したが、図中では２本線で表示）を通じてインクを送る。従って、循環ヘッド１０１のノズル１０２の前後でインクに圧力差を付けることが出来るので、必要な「水頭差」をインク圧力差で得ることが出来、その結果、インクタンク１０３と循環タンク１０４の設置位置を決める時の自由度が大きくなる。【００２３】      インクタンク１０３、循環タンク１０４、インク供給タンク１０５はそれぞれ、加圧ポンプ１０９、１１０、１１１と減圧ポンプ１１２、１１３、１１４を経由して可撓性エアバッグ１０６にエア流路（エア流路１２０で代表したが、図中では２本線で表示）で接続されている。【００２４】      また、インクタンク１０３、循環タンク１０４、インク供給タンク１０５には、タンク内のインクの量を検出するレベルセンサ１１３、１１４、１１５が、また、タンク上部の空間の圧力を測定する圧力センサ１１６，１１７，１１８がそれぞれ設けられている。【００２５】      インク供給タンク１０５からインクタンク１０３にインクを供給する場合は、加圧ポンプ１１１で加圧した空気をインク供給タンク１０５に送り込む。この時、減圧ポンプ１１２を駆動して、インクがスムーズにインクタンク１０３に送り込まれるようにすると良い。レベルセンサ１１３が上限に達したらインク供給を停止する。【００２６】      ついで、インクタンク１０３から循環タンク１０４にインクを供給し、かつ、循環式ヘッド１０１にインクを充填する場合は、加圧ポンプ１０９で加圧した空気をインクタンク１０３に送り込むと同時に、減圧ポンプ１１３を駆動してインクを吸い込むようにして、循環タンク１０４のレベルセンサ１１４が下限から若干でも上昇したことを検出したらインク送りを停止する。【００２７】      印刷する場合、ノズルにインクが凹のメニスカスを形成して、インクがノズルから漏れず、かつ、インクドロップが支障なく吐出出来るために、ノズル前後でのインク圧力の差を、インクジェット・ヘッドの種類により異なるが、大体−１ｋＰａとする。ノズルに向かうインクの圧力をＰ１、ノズルから離れる方のインクの圧力をＰ２とすると、      （Ｐ１＋Ｐ２）／２．−１ｋＰａ  ――――――――――――――（１）となるようにすることが求められる。【００２８】      一方、インク圧力は、ノズルに対するインク面高さによる圧力とポンプで加・減圧したエアの圧力との合成となるから、ノズル１０２に対するインク面高さによる圧力をＰｉ、ポンプで加・減圧されて送り込まれたエアの圧力をＰｇとすると、      （Ｐｉ１＋Ｐｇ１＋Ｐｉ２＋Ｐｇ２）／２＝−１ｋＰａ    ―――（２）となる。【００２９】      一方、ノズル１０２に対するインク面の高さによる圧力Ｐｉは、インク面の変化に応じてリニアに変動するものなので、インクタンク１０３、循環タンク１０４、インク供給タンク１０５それぞれに設けられたバルブ１２１，１２２，１２３を開放にして可撓性エアバッグ１０６と連通させることで各タンクの内圧を大気圧に等しくして、その直後に、加圧ポンプで加圧したガスをタンクに送り込むと、タンクに設けられた圧力センサが示す値Ｐｇがノズル部でのインク圧力となる。【００３０】      インク循環でインク面が変化しても、タンクに設けられた圧力センサが示す値Ｐｇを維持するように加圧ポンプを駆動すれば、所定のインク圧を得られる。【００３１】      インクタンク１０３から循環タンク１０４の方向にインクを送りながら印刷する場合、加圧ポンプ１０９と減圧ポンプ１１３を駆動する。インクタンク１０３のレベルセンサ１１３が下限を検出したら，加圧ポンプ１１０と減圧ポンプ１１２を駆動して、循環タンク１０４からインクタンク１０３の方向にインクを送る。【００３２】      インクタンク１０３の内圧を増減すると、インク供給タンク１０５との間でもインクの流れが起きる。これを防ぐには、インク供給タンク１０５の内部のインク圧を、インクタンク１０３内のインク圧と等しくなるように制御すれば良い。【００３３】      また、加圧ポンプ１１０と減圧ポンプ１０７のレベルセンサ１１３，１１４が下限を検出する時間間隔が予め設定した時間より短くなったら、この両タンク内のインクが少なくなったのだから、インク供給タンク１０５から加圧ポンプ１１１を駆動してインクタンク１０３にインクを供給するが、この時、圧力センサ１１６，１１８が同じ値になるように加圧ポンプ１０９、１１１を駆動すれば、インク供給タンク１０５からインクを供給されながら、同時に、インクタンク１０３からインクを循環タンク１０４の方向に送ることが出来るので、その間も印刷を継続出来る。【００３４】      なお、加圧ポンプと減圧ポンプが、例えば、ダイアフラム・ポンプのように、駆動停止時に流路を「閉」状態に出来ない加圧ポンプと減圧ポンプとを図２のように並列に並べる場合には、それぞれのポンプに逆流防止の対策（例えば、バルブを付ける）が必要である。【００３５】      ［第４実施形態］      図３に示すこの第４実施形態は、第３実施形態を示す図２の構成から、インク供給タンク１０５を省いたもので、インクタンク１０３がインク供給タンクを兼ね、動作も簡単になる。第３実施形態の説明からインク供給タンクに関する説明を除けば、他は同じ動作になるので説明は省略する。【００３６】      ［第５実施形態］      図４に示すこの第５実施形態は、図２が第３実施形態を説明しやすいように描かれているので、より合理的な構成を示したものである。【００３７】      まず、図２をご覧いただくと分かるように、インクタンク１０３と循環タンク１０４に接続されている加圧ポンプ１０９、１１０が同時に駆動されることは無いし、同様に、減圧ポンプ１１２，１１３が同時に駆動されることも無い。したがって、図４のように、分岐したポンプの空気経路（空気経路１２０で代表したが、図中では２本線で表示）にそれぞれ、バルブ１３１，１３２，１３３，１３４を設けて、両タンクに切り替えてやるようにすれば加圧ポンプと減圧ポンプが各１個で済む。【００３８】      インクタンク１０３を加圧する場合は、加圧ポンプ１０９を駆動すると共に、バルブ１３３を「開」にし、インクタンク１０３を減圧するには減圧ポンプ１１３を駆動すると共に、バルブ１３４を「開」にする。逆に、循環タンク１０４を加圧する場合は、加圧ポンプ１０９を駆動すると共に、バルブ１３１を「開」にし、循環タンク１０４を減圧するには減圧ポンプ１１３を駆動すると共に、バルブ１３２を「開」にする。【００３９】      第５実施形態においても、インク供給タンク１０５の駆動に関しては、第３実施形態と同様なので省略する。      また、インクチューブ（インク経路１１９で代表したが、図中ではやや太い実線で表示）の接続を整理して、可撓性エアバッグ１０６との接続を１箇所にした。【００４０】      なお、可撓性エアバッグに不活性ガスを充填するのは既述の通り、各種センサの信号に基づいて加減圧ポンプを制御する制御部は図面が煩雑になるので図示していない。
【産業上の利用可能性】
【００４１】      プリンタ技術として将来性がもっとも大きいインクジェット・プリンタの基本技術として、本発明によるインクシステムは環境対策として、また、部品配置の自由度を広げることやプリンタの効率的な運用を可能にすることで、利用可能性は大きいと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係るインクシステムを示す説明図である。
【図２】循環式ヘッドを使用した場合の本発明に係るインクシステムを示す説明図である。
【図３】循環式ヘッドを使用した場合の本発明に係るインクシステムで、空気経路を整理した説明図である。
【図４】循環式ヘッドを使用した場合の本発明に係るインクシステムから、インク供給タンクを省略した場合の説明図である。
【符号の説明】
【００４３】    １      インクジェット・ヘッド    ２      ノズル    ３      インクタンク    ４      インク供給タンク    ５      可撓性エアバッグ    ６、８  空気経路    ７      加圧ポンプ    ９、１０    インク経路    １１、１２  レベルセンサ    １３    制御部    １４    水頭差    １０１  循環式ヘッド    １０２  ノズル    １０３  インクタンク    １０４  循環タンク    １０５  インク供給タンク    １０６  可撓性エアバッグ    １０９、１１０、１１１  加圧ポンプ    １１２、１１３、１１４  減圧ポンプ    １１３，１１４，１１５  レベルセンサ    １１６，１１７，１１８  圧力センサ    １１９  インク経路    １２０  空気経路    １２１，１２２，１２３、１３１、１３２、１３３、１３４  バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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