(57)【要約】【課題】  インクが高い消泡性を有することを必要とせず、インク容器内の泡を減少させる機能を備えるインクジェット記録装置を提供することである。【解決手段】  インクを保持するインク容器と、前記インク容器から供給された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から形成されるインク粒子のうち印字に用いられるインク粒子に対して、文字や図形等の文字信号を帯電させる帯電電極と、前記帯電電極により帯電されたインク粒子に電圧を印加してインク粒子の飛翔方向を偏向させる偏向電極と、前記ノズルから吐出されたインクのうち前記帯電電極により帯電されなかったインク粒子を回収するガターと、前記ガターにより回収されたインクを前記インク容器に戻す経路と、を備えるインクジェット記録装置において前記インク容器内の泡を消すための超音波振動発生装置が備えられている。【選択図】図１
2012016911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを保持するインク容器と、
前記インク容器から供給された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から形成されるインク粒子のうち印字に用いられるインク粒子に対して、文字や図形等の文字信号を帯電させる帯電電極と、
前記帯電電極により帯電されたインク粒子に電圧を印加してインク粒子の飛翔方向を偏向させる偏向電極と、
前記ノズルから吐出されたインクのうち前記帯電電極により帯電されなかったインク粒子を回収するガターと、
前記ガターにより回収されたインクを前記インク容器に戻す経路と、
を備えるインクジェット記録装置において
前記インク容器内の泡を消すための超音波振動発生装置が備えられていることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
前記超音波振動発生装置は、前記インク容器に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
【請求項３】
前記インク容器の上面には前記超音波発生装置により発生した超音波を反射する反射板が備えられてい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。
【請求項４】
前記超音波振動発生装置は、ランジュバン型振動子であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の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、消泡手段を備えるインクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電型インクジェット記録装置は、ノズルにおいてインクに振動を加えてから、インクを吐出することで飛翔している最中にインクを粒子化し、印字に用いるインク粒子に対してのみ帯電電極により電荷を与え、偏向電極によって発生させた静電力でインク粒子の飛翔方向を制御することで、印字対象物上に印字を行うものである（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１７９０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
荷電制御型インクジェット記録装置では、印字に利用されなかったインク粒子は直線的に飛翔してガターに回収され再利用されるようになっている。ガターはインクの回収経路に接続されており、回収経路からインク容器までは回収ポンプにより負圧となっているため、ガターで回収されたインクはインク容器へ戻る。インクがガターに回収される際に、空気とともに吸引されるため、インクの回収経路内で泡が発生し、発生した泡はインク容器内に回収されることとなる。さらに、インク容器内のインク液面へ回収されたインクが落着する際にも泡が立つ。この泡がインク容器内の液面レベルセンサに泡が触れると液面レベル上昇の警告を誤って表示してしまう。泡の接触を防ぐためにセンサ周辺は底部が開放された筒状の仕切り板で区切られている。さらに、インク容器におけるインク回収口周辺も仕切り板で囲むことで、仕切り板伝いに液面へ落ちるようにして発泡を抑えている。
【０００５】
インクは通常目的とする色を発色し、対象印字物への良好な付着性を主な機能とするが、インクジェット記録装置の対環境性向上のため、環境対応型インクとして有機溶剤を使わないインクが開発されている。通常のインクでは、メチルエチルケトンを溶剤としており消泡性に優れていた。しかし、環境対応型インクではエタノールや水などが主に用られ、消泡性が低下する傾向がある。
【０００６】
従来のインクジェット記録装置では環境対応型インクを用いると前述の対策では抑えきれない量の泡がインク容器内に蓄積していく。インク容器内が泡で満たされると液面レベルオーバーのエラー誤表示や排気経路からのインク漏れ出しが発生するという問題が生じることとなる。
【０００７】
このような問題があったため、上述した環境対応型インクのように大量の泡の発生するインクは、泡が消えなければインクジェット記録装置で使用することはできなかった。
【０００８】
本発明の目的は、インクが高い消泡性を有することを必要とせず、インク容器内の泡を減少させる機能を備えるインクジェット記録装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、例えば、インクを保持するインク容器と、インク容器から供給された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から形成されるインク粒子のうち印字に用いられるインク粒子に対して、文字や図形等の文字信号を帯電させる帯電電極と、帯電電極により帯電されたインク粒子に電圧を印加してインク粒子の飛翔方向を偏向させる偏向電極と、ノズルから吐出されたインクのうち帯電電極により帯電されなかったインク粒子を回収するガターと、ガターにより回収されたインクをインク容器に戻す経路と、を備えるインクジェット記録装置においてインク容器内の泡を消すための超音波振動発生装置が備えられている、という構成をとる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、インク容器内で発生した泡を減少させることができるので消泡性の低いインクであってもインクジェット記録装置で使用することができる。
【００１１】
また、本発明によれば機能性インクのラインアップ拡充を図ることが可能となり、これによってインクジェット記録装置の使用用途拡大を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例を示す超音波発生装置を備えたインクジェット記録装置の経路構成図である。
【図２】図1に記載されているメインインク容器に超音波発生装置を取り付けた状態を示す模式図である。
【図３】メインインク容器への超音波発生装置の取り付け方法を示した図である。
【図４】超音波振動を発生させるランジュバン型振動子の構成図である。
【図５】超音波振動装置の稼動のフローチャートである。
【図６】実施例２にかかるブースターを用いたランジュバンカ型振動子の構成図である。
【図７】実施例３にかかる泡を集めるリブを設置した構成図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下において、本実施例につき図示例を用いて説明を行なう。なお、本発明は図示例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１４】
図１は本発明の本実施例にかかるインクジェット記録装置におけるインク循環経路を概略的に示した図である。インクジェット記録装置は、装置本体１とノズルヘッド２を備えて構成されている。
【００１５】
装置本体１とノズルヘッド２は、インクが流れるチューブと電源、制御用ケーブルをまとめたケーブルによって接続されている。
【００１６】
装置本体１には、メインインク容器８とサブインク容器９が備えられており、メイン容器８は排気口３１に、サブインク容器９は排気口３２にそれぞれ接続されている。また、本体装置１には、メチルエチルケトンからなる溶剤を保持する溶剤容器１０が備えられており、溶剤容器１０は、排気口３０に接続されている。また、溶剤容器１０はメインインク容器８と経路により接続されている。
【００１７】
濃度調整のためインクには溶剤が混入されているが、溶剤が揮発してインクの固形分割合が高くなると粘度が上昇、すなわちインク濃度を上昇させることとなる。許容範囲を超えてインクの濃度が高くなるとインク粒子が印字に適した形状に形成されず、印字品質の著しい低下を引き起こすこととなる。
【００１８】
そのため、装置本体１には、インクの濃度を監視するための図示しない濃度監視センサが備えられており、濃度監視センサによりインクの濃度が所定の値より高い値が検出された場合には、溶剤容器１０から溶剤補給用ポンプ２２により溶剤が溶剤弁１７を通りメインインク容器８に補給されインクの濃度が下げられるようになっている。
【００１９】
また、溶剤は揮発するため、それぞれの容器内で揮発した溶剤はメインインク容器８、サブインク容器９、及び溶剤容器１０にそれぞれ接続されている排気口３０、３１、３２から装置本体１の外部に排出されるようになっている。
【００２０】
印字を行うにあたっては、メインインク容器８内のインクは供給ポンプ２０により吸引加圧される。供給ポンプ２０により吸引されたインクは装置本体１内に備えられたインクフィルタ２４でろ過された後、減圧弁２８により所定の圧力に調整される。圧力を調整されたインクは、ノズルヘッド２内に備えられたヒータ３３で加温され封止弁３４を通過してノズル４に供給される。ノズル４には図示しない圧電素子が設けられており、その圧電素子に電気信号を与えることで、インクを振動させることができる。
【００２１】
ノズル４の先端には図示しないオリフィスが設けられており、振動を付与されたインクはオリフィスのから吐出され、帯電電極５の中でインク粒子３を形成する。この際帯電電極５に電圧を印加することでインク粒子３に電荷を付与することができる。ノズル４から吐出されたインク粒子３は偏向電極６を通過し、偏向電極６には電圧が印加されているため、偏向電極６を通過する際にインク粒子３は帯電量に応じて偏向され、変更されたインク粒子３は印字対象物に着弾し印字が行われることとなる。
【００２２】
印字に用いられないインク粒子３は、ガター７に回収されるようになっている。ガター７とメインインク容器８は経路で接続されており、ガター７とメインインク容器８を結ぶ経路上には、回収ポンプ２１及び回収フィルタ２５が配置されており、ガター７の回収口で回収されたインク粒子３は回収ポンプ２１により吸引加圧され、回収フィルタ２５でろ過された後にメインインク容器８に戻される。メインインク用８に戻されたインクは再利用されることとなるが、ガター７の回収口からはインク粒子３とともに空気も同時に吸引されることとなる。
【００２３】
ノズル４からは、循環ポンプ２３で吸引加圧を行い圧抜き弁１４を開くことで粒子化されなかったインクを循環経路へ流しインクに与えられている圧力を圧力センサ２６で検知して画面に表示するようになっている。この循環経路には、メインインク容器８から循環フィルタ２７でろ過されて、粘度測定器１１を通り、攪拌弁１９を通り合流する経路もある。ここではメインインク容器８内のインク粘度の測定を行うこととなっている。
【００２４】
粘度測定器１１による測定の結果、インクの濃度が所定値よりも高い場合には溶剤容器１０の溶剤が溶剤補給用ポンプ２２により加圧吸引され、溶剤供給用ポンプ２２に吸引された溶剤は、溶剤弁１７を通りメインインク容器８に供給され、インクの濃度が薄められるようになっている。サブインク容器９からメインインク容器８へのインクの補給は印字を行うことでメインインク容器８のインクが消費され、メインインク容器８の液面が所定高さより下がったときに行われるようになっている。
【００２５】
サブインク容器９からメインインク容器８にインクの補給を行うにあたっては、補給弁１２が開き、供給ポンプ２０により加圧吸引されたサブインク容器９内に保持されているインクが、インクフィルタ２４でろ過され減圧弁２８を通ってノズル４から吐出され、ガター７で回収された後に、メインインク容器８からノズル４に供給されたインクと同一の経路をメインインク容器８に補給されるようになっている。
【００２６】
ガター７において、インクを回収する際には上述したようにインクとともに空気が吸引されるため、ガター７からメインインク容器８の間の経路内において混ざり合い気泡を生じることとなる。さらに、ガター７からの経路からメインインク容器８内のインクの液面にインクが落下する際に泡が発生する。メインインク容器８に仕切り板を備え、インクの液面への強い落下を抑えるという対策が取られていたが、泡の発生を十分に防ぐことはできなかったため、インクによっては発生した泡でメインインク容器８が満たされるため、メインインク容器８に備えられている図示しない液面レベルセンサの誤検知や、排気口３１からのインク漏れ出しによる周囲の汚染が問題となることがあった。
【００２７】
この問題を解決する手段として超音波発生装置３５をメインインク容器８に取り付けるものである。メインインク容器８の側面図を図2に、超音波発生装置３５の詳細を図3に示す。メインインク容器８の側面には長方形の穴が形成されており、この長方形の穴にランジュバン型超音波振動子３８をネジ止めした振動板（ステンレス鋼）３６を取り付ける。穴と板の接触面にはゴムパッキン３７を挟み込み、インクの漏れ出しを防止する。ランジュバン型超音波振動子３８は、溶剤等から保護するためのカバー４０によって覆われている。
【００２８】
ランジュバン型超音波振動子３８の電歪素子にはリング状の圧電セラミックス３９が用いられている。ランジュバン型振動子３８を固定する保持部にはリング状の圧電セラミックス３９を通すための棒がとりつけられており、この棒の先端はネジ切りされており、ナット４３により締付けて固定できるようになっている。これにより、激しい超音波振動でも強固にランジュバン型振動子３８を固定することができる。圧電セラミックス３９に通電するために、図４に示すように保持具４２、銅板４１、圧電セラミックス３９、銅板４１、圧電セラミックス３９の順に銅板４１を挟み込まれている。中央の銅板４１から通電し、もう一方の銅板４１をアースにすることで圧電セラミックス３９の変形量を２倍にすることができる。この振動がメインインク容器８側の振動板３６を振動させ、メインインク容器８の液面上の空気に振動が伝播され、液面上の泡を破裂させることで消泡し、泡を減少させることができる。超音波は20ｋＨｚ以上の振動であるため、周波数の最低値は20kHzである。
【００２９】
消泡に必要なエネルギーに寄与するのは周波数よりも振幅であるため、消泡に必要なエネルギーを与える振幅を有していれば、周波数は20kHz以上のどの数値でも良い。必要な振幅は60μｍ程度である。ランジュバン型超音波振動子３８は高振幅を発生させることに適しており、振動板３６とランジュバン型振動子３８との間に振幅増幅用ホーン４４を設ける。この振幅を持つ超音波振動が空気を伝わって泡に到達すると泡の膜が振動を始め、変形し膜圧が不均一になる。膜圧の薄い部分は、泡の内部圧力に耐えられないため泡が破裂する。この超音波振動を泡発生部に集めるために超音波振動発生装置３５の超音波の進行方向に反射板４５が設置されている。反射板４５は超音波振動発生装置３５に対して凹面が向いた放物面形状をしており、メインインク容器８のインク液面上に生じている泡に超音波振動を集中して照射して消泡効果を増幅させるようになっている。音の集中は集音点となり、泡が消えると残りの泡がこの穴に集まり連続的に泡が消える。
【００３０】
反射板４５はメインタンク容器８の側面から見ると長方形をしており、集音点がメインタンク容器８の前面から奥に向かって連続して配置されることになる。したがって、消泡に最も寄与する空間は集音点の集合体となり、細長い長方形となる。これが、超音波振動による消泡のメカニズムである。ここで、液体を通して振動を伝播させないのは、液中に含まれる気体を振動によって液面に浮上させないためである。ランジュバン型振動子はカバーによって覆われている。
【００３１】
消泡を行う際のフローチャートは図５に示すとおりである。超音波振動発生装置３５は循環弁１５、回収弁１６、溶剤弁１７及び攪拌弁１９の動作に同期して動作するようになっている。これら弁が開放されたとき、ランジュバン型超音波振動子３８が振動を開始する。振動は循環弁１５、回収弁１６、溶剤弁１７及び攪拌弁１９弁の各弁が閉じてから1秒後に停止する。これらの弁が開放されるシーケンスにおいてはメインインク容器８へインクあるいは溶剤が入り込み泡が発生するため、である。このシーケンスはインクジェット記録装置に特徴的なものである。超音波振動発生装置３５の動作を循環弁１５、回収弁１６、溶剤弁１７及び攪拌弁１９の動作のシーケンスと同期させる目的は、ＩＪＰの省電力性能の維持と振動による超音波振動発生装置３５周辺の強度低下を防ぐことである。
【実施例２】
【００３２】
本発明において超音波振動発生装置３５としては、ランジュバン型振動子が最も適している。なぜならば、消泡に必要な振幅を得るためには、高い振幅発生に耐えうる構造を持つ振動子が必要になるからである。その点において、ネジと金属部品によって電歪素子を固定しているランジュバン型振動子は条件を満たしている。
【００３３】
通常、ランジュバン型振動子本体に振幅増幅用のホーンを取り付けた状態で必要最低限の振幅は確保できる。しかし、インクによっては泡膜の強度が高いものもあり、強固な泡を発生させてしまうインクに対応できない場合も考えられる。そのため、消泡に寄与する振幅には余裕を持たせるべきである。この余裕を得るために、ランジュバン型振動子本体と振動ホーンの間にブースターを取り付けるタイプの振動子を採用する。図６にその構成を示す。ブースター４６は振動が最も損なわれないノーダルポイントから上部マス、下部マスに分かれた構造をしている。このマスの大きさの比を変えることで振動の増幅、減少を調節することができる。振動の増幅が目的のときは、上部マスに対して下部マスを小さくする。
【００３４】
振動の減少が目的のときは下部マスに対して上部マスを小さくする。本実施例における目的は振幅の増幅なので前者を採用する。ランジュバン型振動子３８が発生する振幅を１とすると、ブースター４６によってその振幅は２倍となり、さらにホーン４４によって２倍され４となる。例えば、最大振幅１２μｍの性能を持つ振動子を用いた場合、６０μｍの振幅を得ることが可能になる。市販のランジュバン型振動子は例に上げた１２μｍの振幅が最大のものが多いが、電歪素子の数を増やすことでさらに大きな振幅を持つ振動子を作製することができる。
【実施例３】
【００３５】
ガター７に接続されている経路に接続されている回収チューブ４７からメインインク容器８に戻された際に生じる泡は、メインインク容器８の壁面に集まる傾向がある。メインインク容器８の液面中央部に存在する泡については、上述した超音波振動発生装置３５による超音波振動照射により、泡を破裂させて泡の量を減少させることができ、メインタンク容器８から泡が溢れることを回避することができるが、メインインク容器８の壁面付近に存在する泡を効率的に減少させることはできない。
【００３６】
そのため、発生した泡を効率的に消すために、図７に示すようにメインインク容器８の上部フタにリブ４８を設け、生じた泡を閉じ込める構造が考えられる。リブ４８は、回収チューブ４７を囲むように設置されており、その長さは初期レベル液面から1ｃｍの深さまである。これは、溶剤揮発による初期液面レベル低下を考慮した深さである。リブ４８とメインインク容器８の壁面の間には、１mmの隙間があり、インクとともに回収される空気の逃げ道となると同時にインクの逃げ道にもなっている。このリブ４８内の泡に対してメインインク容器８壁面に超音波発生装置３５を取り付けた場合、超音波振動が効率的に伝わらないため、リブ４８の内側に位置するように上部フタ４９の外側に超音波発生装置３５を取り付けることとする。
【００３７】
これにより、上部フタ４９から液面に向けて超音波振動を効率よく伝えることができる。リブ４８の形状は、回収チューブ４７と超音波振動発生装置３５がインクタンク容器８の壁面とリブ４８の間に位置するように設置されており、空気とインクの逃げ道が確保されていれば、円柱、角柱、仕切り板などどのような形状でも本実施例に該当する。ただし、形状により、消泡効果の度合いは変化する。図１には、IJP循環経路の一例を示しているが、容器、電磁弁、各種経路の配置は本発明について、この限りではない。
【符号の説明】
【００３８】
１…本体部、２…印字ヘッド部、３…インク粒子、４…ノズル、５…帯電電極、６…偏向電極、７…ガター、８…メインインク容器、９…サブインク容器、１０…溶剤容器、１１…粘度測定器、１２…補給弁、１３…供給弁、１４…圧抜き弁、１５…循環弁、１６…回収弁、１７…溶剤弁、１８…洗浄弁、１９…攪拌弁、２０…インク供給ポンプ、２１…インク回収ポンプ、２２…溶剤補給ポンプ、２３…インク循環ポンプ、２４…メインインクフィルタ、２５…回収フィルタ、２６…溶剤フィルタ、２７…循環フィルタ、２８…減圧弁、２９…圧力センサ、３０…排気口、３１…排気口、３２…排気口、３３…ヒーター、３４…封止弁、３５…超音波振動発生装置、３６…振動板、３７…ゴムパッキン、３８…ランジュバン型振動子、３９…圧電セラミックス、４０…カバー、４１…銅板、４２…保持具、４３…ナット、４４…ホーン、４５…反射板、４６…ブースター、４７…回収チューブ、４８…リブ、上部フタ…４９
【図１】
2012016911.tif 000003
【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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