(57)【要約】【課題】インクタンクからインクジェットヘッドへのインクの供給経路を構成するチューブに、該チューブを押し挟んで供給経路を閉じるためのピンチバルブが設けられたインクジェットヘッドのインク充填装置において、ピンチバルブの開閉動作に伴うチューブ内のインクの移動を抑え、ノズルからの空気侵入やノズルからの不意なインク流出を防止すること。【解決手段】インクタンクからインクジェットヘッドへのインクの供給経路を構成する可撓性のチューブ３に、該チューブ３を押し挟んで供給経路を閉じるためのピンチバルブ５が設けられ、ピンチバルブ５のピンチ幅をｗ（単位：ｍｍ）、チューブ３の内径をｒｉ（単位：ｍｍ）、ピンチバルブ５の開閉速度をＶ（単位：ｍｍ／ｓ）としたとき、π・ｒｉ・ｒｉ／４・ｗ／（ｒｉ／Ｖ）≦１０の条件を満たすようにピンチバルブ５を動作させる。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクタンクからインクジェットヘッドへのインクの供給経路を構成する可撓性のチューブに、該チューブを押し挟んで供給経路を閉じるためのピンチバルブが設けられたインクジェットヘッドのインク充填装置において、
前記ピンチバルブのピンチ幅をｗ（単位：ｍｍ）、前記チューブの内径をｒｉ（単位：ｍｍ）、前記ピンチバルブの開閉速度をＶ（単位：ｍｍ／ｓ）としたとき、
π・ｒｉ・ｒｉ／４・ｗ／（ｒｉ／Ｖ）≦１０
の条件を満たすように前記ピンチバルブを動作させるバルブ制御手段を有することを特徴とするインクジェットヘッドのインク充填装置。
【請求項２】
前記ピンチバルブの配設位置と前記インクジェットヘッドとの間のチューブ長さが３００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドのインク充填装置。
【請求項３】
前記ピンチバルブは、閉止時に前記チューブを押し挟む一対の押圧体を有し、該押圧体の前記チューブに面する側面が該チューブの軸方向に対して平行となるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェットヘッドのインク充填装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクジェットヘッドのインク充填装置に関し、詳しくは、インクタンクからインクジェットヘッドへのインクの供給経路を構成するチューブに、該チューブを押し挟んで供給経路を閉じるためのピンチバルブが設けられたインクジェットヘッドのインク充填装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクを微細な液滴状にしてノズルから射出させるインクジェットヘッドに対して、インクタンクからのインクを可撓性のチューブを介して供給するインク充填装置では、インクの供給経路をピンチバルブを用いて開閉するものがある。一般にピンチバルブは、チューブを押し挟むようにして供給経路を閉じるため、供給経路上の開閉部位の設置の自由度が高く、また、充填装置の構造も簡素とすることができる。
【０００３】
このようなピンチバルブは、一般に電磁弁の動作によってチューブの押し挟み（ピンチ）動作及び開放動作が行われるものであり、供給経路を短時間に開閉させる。しかも、チューブを押し挟んで供給経路を閉じた時のピンチ幅が広い。このため、ピンチバルブの開閉動作時に瞬間的にチューブ内のインクが移動する現象が起こる。
【０００４】
この現象は、ピンチバルブを開いた時に、インクジェットヘッド内に負圧を発生させ、ノズルから空気を侵入させる問題がある。一度ヘッド内に空気が侵入するとなかなか排出させることが難しく、残留した気泡によってインクの射出圧力を減衰させ、不射出や曲がり等のインク射出不良を招くおそれがある。
【０００５】
また、ピンチバルブを閉じた時には、チューブ内が陽圧になり、ノズルからインクが不意に出てしまう問題がある。ノズルから不意に流出したインクは、ノズル面を汚し、インクの曲がりを発生させるおそれがあるため、そのたびにクリーニングする必要が生ずる。
【０００６】
従来、特許文献１には、ピンチバルブによって可撓性のチューブを開閉する機構を組み込んだインクジェットプリンタの保守システムが開示されている。しかし、ピンチバルブはインク吸引のための吸引経路の開閉を行うものであり、また、瞬間的に開閉動作を行うことによる問題点を解決することの開示はない。
【特許文献１】特開平６−１４３５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、インクタンクからインクジェットヘッドへのインクの供給経路を構成するチューブに、該チューブを押し挟んで供給経路を閉じるためのピンチバルブが設けられたインクジェットヘッドのインク充填装置において、ピンチバルブの開閉動作に伴うチューブ内のインクの移動を抑え、ノズルからの空気侵入やノズルからの不意なインク流出を防止することを課題とする。
【０００８】
本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
【００１０】
請求項１記載の発明は、インクタンクからインクジェットヘッドへのインクの供給経路を構成する可撓性のチューブに、該チューブを押し挟んで供給経路を閉じるためのピンチバルブが設けられたインクジェットヘッドのインク充填装置において、前記ピンチバルブのピンチ幅をｗ（単位：ｍｍ）、前記チューブの内径をｒｉ（単位：ｍｍ）、前記ピンチバルブの開閉速度をＶ（単位：ｍｍ／ｓ）としたとき、π・ｒｉ・ｒｉ／４・ｗ／（ｒｉ／Ｖ）≦１０の条件を満たすように前記ピンチバルブを動作させるバルブ制御手段を有することを特徴とするインクジェットヘッドのインク充填装置である。
【００１１】
請求項２記載の発明は、前記ピンチバルブの配設位置と前記インクジェットヘッドとの間のチューブ長さが３００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドのインク充填装置である。
【００１２】
請求項３記載の発明は、前記ピンチバルブは、閉止時に前記チューブを押し挟む一対の押圧体を有し、該押圧体の前記チューブに面する側面が該チューブの軸方向に対して平行となるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェットヘッドのインク充填装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、インクタンクからインクジェットヘッドへのインクの供給経路を構成するチューブに、該チューブを押し挟んで供給経路を閉じるためのピンチバルブが設けられたインクジェットヘッドのインク充填装置において、ピンチバルブの開閉動作に伴うチューブ内のインクの移動を抑え、ノズルからの空気侵入やノズルからの不意なインク流出を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【００１５】
図１はインクジェットヘッドのインク充填装置の概略構成を示す図、図２はピンチバルブを示す側面図、図３はピンチ部を示す断面図である。
【００１６】
インクジェットヘッド１は、インクが貯留されたインクタンク２と可撓性のチューブ３を介して接続されている。チューブ３はインクタンク２からインクジェットヘッド１へ至るインクの供給経路を形成しており、途中に設けられた供給ポンプ４の作動によって、インクタンク２内のインクをインクジェットヘッド１へ供給するようになっている。インクジェットヘッド１は、インクタンク２からチューブ３を介して供給されたインクを、多数配列されたノズル１１から微小なインク滴として射出することで、被記録材に所望の画像を記録する。
【００１７】
可撓性のチューブ３の材質としては、例えばシリコンゴム（白金処理、酸化物処理されたもの）、フッ素ゴム（ＰＴＦＥ、ＰＦＡ）、オレフィン系エラストマー、スチレン系エラストマー、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等が好ましく用いることができる。
【００１８】
また、具体的なチューブとしては、ダイエルチューブ、ファーメッドチューブ、ノープレンチューブ、Ｃ−フレックス、バイオファームチューブ、ダイゴンチューブ、バイトンチューブ、テフロン（登録商標）チューブ等が好ましい例として挙げられる。
【００１９】
インクジェットヘッド１と供給ポンプ４との間のインクの供給経路上には、チューブ３を押し挟んで供給経路を閉じるピンチバルブ５が設けられている。ピンチバルブ５は、弁制御部６の制御により、インクの非供給時にチューブ３を押し挟んで供給経路を閉じ、インク供給時に開放してインクの供給を可能としている。
【００２０】
ピンチバルブ５は、チューブ３を間に挟むように１対の押圧体５１、５２を有している。一方の押圧体５１は、バルブ本体５３に対して位置固定に設けられ、チューブ３に面する側面が該チューブ３の軸方向に対して平行となるように形成された固定子であり、チューブ３を挟んでバルブ本体５３と反対側に位置している。他方の押圧体５２は、バルブ本体５３から延びる駆動軸５４と連結されており、該駆動軸５４の伸縮動作に連動して、押圧体５１に対して接離移動可能に設けられた可動子である。この押圧体５２のチューブ３に面する側面も該チューブ３の軸方向に対して平行となるように形成されている。このように押圧体５１、５２のチューブ３に面する側面が該チューブ３の軸方向に対して平行となるように形成されたものでは、開閉動作時の容積変動が大きく、閉止時のノズルからの不意のインク流出や開放時のノズルからの空気の侵入のおそれが高い。
【００２１】
駆動軸５４の伸張動作により押圧体５２が押圧体５１に向けて移動すると、図３に示すように、間に位置するチューブ３は両側から押し挟まれ、やがてその流路が閉じられる。反対に、駆動軸５４の収縮動作により押圧体５２が押圧体５１から離れる方向に移動すると、チューブ３は流路を開放する。従来では、この流路の開放時、瞬間的にチューブ３内のインクが移動することによって、チューブ３内と連通するインクジェットヘッド１内に負圧を発生させ、ノズル１１から空気を侵入させるおそれがある。また、流路の閉止時、チューブ３内が陽圧となることによって、チューブ３内と連通するインクジェットヘッド１内に正圧を発生させ、ノズル１１から不意にインクを流出させるおそれがある。
【００２２】
そこで、本発明では、このピンチバルブ５の一対の押圧体５１、５２によって挟まれることによって流路が閉じられた際のピンチ幅、すなわち閉じた状態の時の押圧体５１、５２とチューブ３とが接触する幅をｗ（単位：ｍｍ）、チューブ３の内径をｒｉ（単位：ｍｍ）、ピンチバルブ５の開閉速度、すなわち押圧体５２が押圧体５１に対して接離動作する際の移動速度をＶ（単位：ｍｍ／ｓ）としたとき、弁制御部６は下記条件式を満たすようにピンチバルブ５を動作させる。
【００２３】
π・ｒｉ・ｒｉ／４・ｗ／（ｒｉ／Ｖ）≦１０
【００２４】
この条件式は、ピンチ幅ｗにおけるチューブ３内の容積（π・ｒｉ・ｒｉ／４・ｗ）を、ピンチバルブ５の押圧体５１、５２がチューブ３の外周に接触した後、押圧体５２が移動して流路を完全に閉止するのに要する時間、又は閉止状態のピンチバルブ５の押圧体５２が移動開始してチューブ３が元の管径に復帰するのに要する時間（ｒｉ／Ｖ）で除したものであり、ピンチバルブ５の開閉動作に伴う容積変動を表している。この値が１０（単位：ｍｍ３／ｓ）以下である場合、ピンチバルブ５の開放動作に伴うチューブ３内のインクの移動が抑えられて緩慢となり、開放時にノズル１１から空気を引き込んだり、閉止時にノズル１１から不意にインクを流出させたりする危険がなくなる。１０ｍｍ３／ｓを越えるようになると、チューブ３の開放時にノズル１１から空気を引き込んだり、閉止時にノズル１１からインクを不意に流出させたりし易くなる。
【００２５】
上記条件式を満足させるための具体的な方法としては、（１）チューブ３の内径ｒｉの調整、（２）ピンチ幅ｗの調整、（３）開閉速度Ｖの調整のいずれか１つ又は２つ以上の組み合わせが挙げられる。
【００２６】
例えば、バルブ本体５３に電磁弁を用いる場合、通常、開閉動作は瞬間的に行われるため開閉速度Ｖは速い。このため、使用されるチューブ３の内径ｒｉやピンチ幅ｗを適宜に調整することによって上記条件式を満足させることができる。
【００２７】
また、電磁弁を用いる場合でも、電磁弁に印加する電圧を調整することにより磁力をコントロール可能である場合は、この電圧を調整することによって磁力を調整し、開閉速度Ｖの調整を行うことができる。
【００２８】
バルブ本体５３に電磁弁以外の弁を使用する例としては、押圧体５２の移動を直線型モータ、エアシリンダ、油圧シリンダ、ボールネジ等を用いることによって行うものが挙げられる。これらは、押圧体５２の移動速度を容易に調整可能であり、この移動速度を適宜にコントロールすることによって開閉速度Ｖを調整することができる。
【００２９】
本発明において、使用されるインクの粘弾性が高いもの程、ピンチバルブ５の開閉による容積変動を伝え易く、インクジェットヘッド１に対してノズル１１からの空気の侵入やノズル１１からの不意なインク流出を発生させ易くなる。従って、使用されるインクの粘弾性が高いもの程、本発明は上記条件式を満たすようにピンチバルブ５の開閉を制御することによる効果が顕著に発揮されるようになる。
【００３０】
また、本発明では、ピンチバルブ５の配設位置からインクジェットヘッド１までの離間距離（チューブ３の長さ）が近い程、上記同様にピンチバルブ５の開閉による容積変動をインクジェットヘッド１に伝え易い。具体的には、ピンチバルブ５の配設位置とインクジェットヘッド１との間の離間距離（チューブ３の長さ）が３００ｍｍ以下である場合に、本発明は上記条件式を満たすようにピンチバルブ５の開閉を制御することによる効果が顕著に発揮されるようになる。
【実施例】
【００３１】
（実施例１）
ノズル数１２８、ノズル径１０μｍのインクジェットヘッドのインク流入口とインクタンクとの間を、可撓性チューブ（白金処理されたシリコンゴム製、内径ｒｉ：２ｍｍ）で接続し、図２に示した構造のピンチバルブを設けてインク供給経路の開閉を行うインク充填装置を構成した。
【００３２】
なお、ピンチバルブの押圧体の移動機構は、一対の押圧体のうちの一方の可動子側をボールネジ駆動機構によって他方の固定子に対して直線的に移動させることにより開閉動作を行う構造とした。その仕様は次の通りである。
【００３３】
ピンチ幅ｗ：２ｍｍ
ピンチバルブの開閉速度Ｖ：１ｍｍ／ｓ
容積変動＝３．１ｍｍ３／ｓ
インクジェットヘッドからの離間距離（チューブ長さ）：２００ｍｍ
【００３４】
インクタンクからチューブを介してインクジェットヘッド内にＡｇ粒子含有インクを完全に充填した後、ピンチバルブを閉じて供給経路を一旦閉止し、このときのインクジェットヘッドのノズル面を目視により観察してノズルからのインク流出状況を確認した。その結果、インクがノズルから流出してノズル面を汚す現象は確認できなかった。
【００３５】
その後、ピンチバルブを再び開放した。このときノズルから空気が侵入すると、ノズル内又はインクジェットヘッド内に気泡が混入し、インク射出動作に支障が生じる。従って、各ノズルから通常のインク射出動作を行って記録媒体に欠ノズル検出用のチャートを記録し、インクが射出されないノズルの有無を調べた。その結果、全てのノズルからのインク射出が確認された。
【００３６】
（実施例２）
以下の仕様を除いて実施例１と同様にインク充填装置を構成してノズル面の汚れ及びインクが射出されないノズルの有無を調べた。
【００３７】
チューブ内径ｒｉ：４ｍｍ
ピンチ幅ｗ：３ｍｍ
容積変動＝９．４ｍｍ３／ｓ
【００３８】
インクジェットヘッドからの離間距離（チューブ長さ）：１５０ｍｍ
その結果、インクがノズルから流出してノズル面を汚す現象は確認できなかった。また、全てのノズルからのインク射出が確認された。
【００３９】
（比較例１）
以下の仕様を除いて実施例１と同様にインク充填装置を構成してノズル面の汚れ及びインクが射出されないノズルの有無を調べた。なお、ピンチバルブは電磁弁によって開閉動作を行う構造とした。
【００４０】
バルブ開閉速度Ｖ：１０ｍｍ／ｓ
容積変動＝３１ｍｍ３／ｓ
インクジェットヘッドからの離間距離（チューブ長さ）：１５０ｍｍ
【００４１】
その結果、ピンチバルブの閉止時に、一部のノズルからインクが流出してノズル面を汚す部位が確認された。
【００４２】
また、ピンチバルブの開放後のインク射出の結果、一部のノズルから気泡の混入に起因すると思われる欠ノズルの発生が確認された。この欠ノズルは、その後にノズルサッキングを行ってノズルから強制的に気泡を含むインクを吸引することによって解消し、全ノズルから適正にインク射出が可能となった。
【００４３】
（比較例２）
以下の仕様を除いて実施例１と同様にインク充填装置を構成してノズル面の汚れ及びインクが射出されないノズルの有無を調べた。なお、ピンチバルブは直線型モータによって開閉動作を行う構造とした。
【００４４】
チューブ内径ｒｉ：２ｍｍ
ピンチ幅ｗ：２ｍｍ
バルブ開閉速度Ｖ：３．５ｍｍ／ｓ
容積変動＝１０．９９ｍｍ３／ｓ
【００４５】
その結果、ピンチバルブの閉止時に、一部のノズルからインクが流出してノズル面を汚す部位が確認された。
【００４６】
また、ピンチバルブの開放後のインク射出の結果、一部のノズルから気泡の混入に起因すると思われる欠ノズルの発生が確認された。この欠ノズルは、その後のノズルサッキングを行ってノズルから強制的に気泡を含むインクを吸引することによって解消し、全ノズルから適正にインク射出が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明におけるインクジェットヘッドのインク充填装置の一例を示す概略構成図
【図２】ピンチバルブを示す側面図
【図３】ピンチ部を示す断面図
【符号の説明】
【００４８】
１：インクジェットヘッド
１１：ノズル
２：インクタンク
３：チューブ
４：供給ポンプ
５：ピンチバルブ
５１、５２：押圧体
５３：バルブ本体
５４：駆動軸
６：弁制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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