JP2011161648A - 液体供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】液体のコスト低下を抑制し、且つ、構造の複雑化を抑制して、液体内の微粒子の沈殿を防止する。
【解決手段】インク供給システム１は、インクジェットヘッド２と、インク貯留容器３と、インク貯留容器３から供給されるインクを一時的に貯留する第一中間タンク４と、インク貯留容器３と第一中間タンク４との間に配置されてインク貯留容器３から供給されるインクを一時的に貯留する第二中間タンク５と、第一中間タンク４と第二中間タンク５との間を連結する配管ｔ１内のインクを往復動させる送液ポンプ６と、第一中間タンク４とインクジェットヘッド２とを連通する配管ｔ１内のインクを洗浄液に置換する洗浄液供給装置７とを備える。そして、送液ポンプ６により、配管ｔ１内のインクを往復動させることで、配管ｔ１内のインクが静止状態で長時間放置されるのを防止し、インクの微粒子が沈殿を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液滴吐出装置において液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体供給システムに関する。

従来から、インクジェットプリンタなどの液滴吐出装置を用いて様々な液体を吐出ことが考えられており、例えば、液体成分と比重の異なる顔料などの微粒子が含まれた液体を吐出することもある。このような微粒子は、液体成分と比べて比重が大きく、例えば、金属や鉱石などにより構成されている。このため、このような微粒子が含まれた液体を静止状態で長時間放置していると、液体成分の下方に沈殿し、配管の目詰まりや吐出不良の原因になることがある。

そこで、従来は、これらの問題を解決するために、供給系から液体を除去して洗浄することが考えられてきた。また、別の手法としては、液体を貯留する液体貯留容器から液体を吐出する液滴吐出ヘッドに液体を供給する供給系において、液体を循環させる配管を設け、液体を常時循環させることが考えられてきた（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００３−０７２１０４号公報 特開２００９−０１８５８７号公報

しかしながら、供給系から液体を除去する手法では、所定量の液体が無駄になるため、液体コストが高くなるという問題がある。一方、特許文献１，２のように液体を循環させるためには、少なくとも液体の配管を往路と復路の２本用意する必要がある。このため、特許文献１，２の手法では、構造が複雑になるという問題がある。しかも、液滴吐出装置の構成によっては、液体貯留容器から液滴吐出ヘッドに至る供給系の長さが長くなるため、液滴吐出装置の構造が更に複雑になるという問題もある。

そこで、本発明は、液体のコスト低下を抑制し、且つ、構造の複雑化を抑制して、液体内の微粒子の沈殿を防止することができる液体供給システムを提供することを目的とする。

本発明に係る液体供給システムは、液滴が吐出される液滴吐出ヘッドと、液滴吐出ヘッドに供給する液体を貯留する液体貯留容器と、を有する液滴吐出装置に設けられる液体供給システムであって、液体貯留容器と液滴吐出ヘッドとの間の配管に配置されて、液滴吐出ヘッドに供給される液体を一時的に貯留する第一中間タンクと、液体貯留容器と第一中間タンクとの間の配管に配置されて、液滴貯留容器から供給される液体を一時的に貯留する第二中間タンクと、第一中間タンクと第二中間タンクとの間の配管に配置されて、第一中間タンクと第二中間タンクとの間で液体を往復動させる送液手段と、を有することを特徴とする。

本発明に係る液体供給システムによれば、液体貯留容器に貯留された液体は、第二中間タンク、送液手段及び第一中間タンクを経て液滴吐出ヘッドに供給される。そして、送液手段により液体を往復動させると、第一中間タンクと第二中間タンクとの間で液体が往復動する。これにより、液体を廃棄することなく、第一中間タンクと第二中間タンクとの間で液体を移動させ続けることができるため、液体のコスト低下を抑制し、且つ、構造の複雑化を抑制して、液体内の微粒子の沈殿を防止することができる
この場合、第一中間タンクは、所定圧の負圧状態に保持されていることが好ましい。このように、第一中間タンクを負圧状態に保持することで、第一中間タンクの配置に関わらず、液滴吐出ヘッドに供給された液体を所定のメニスカスに形成することができる。

そして、送液手段は、液滴吐出ヘッドに供給された液体が所定のメニスカスを形成する所定水頭値となる範囲内において、第一中間タンクから液体を出し入れすることが好ましい。このように、所定の水頭値となる範囲内において第一タンクから液体を出し入れすることで、メニスカスを破壊することなく、第一中間タンクと第二中間タンクとの間で液体を往復動させることができる。

また、第二中間タンクは、伸縮可能なベローズ状の密閉タンクであることが好ましい。このように、第二中間タンクを伸縮可能なベローズ状の密閉タンクとすることで、液体の揮発を抑制しつつ、第二中間タンクに対する液体の出し入れを可能とすることができる。

これらの場合、第一中間タンクと液滴吐出ヘッドとの間の配管に洗浄液を供給する洗浄液供給手段を更に有することとしても良い。このように、洗浄液供給手段を設けることで、第一中間タンクと液滴吐出ヘッドとの間の配管内の液体を洗浄液に置換することができるため、この間の配管おいて微粒子が沈殿するのを防止することができる。

一方、第一中間タンクと液滴吐出ヘッドとの間の配管に気体を供給する気体供給手段を更に有することとしても良い。このように、供給手段を設けることで、第一中間タンクと液滴吐出ヘッドとの間の配管内の液体を気体に置換することができるため、この間の配管において微粒子が沈殿するのを防止することができる。

本発明によれば、液体のコスト低下を抑制し、且つ、構造の複雑化を抑制して、液体内の微粒子の沈殿を防止することができる。

実施形態に係るインク供給システムの概略構成図である。 インク供給システムによるインクの往復動を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る液体供給システムの好適な実施形態について詳細に説明する。本実施形態は、本発明に係る液体供給システムを、液滴吐出装置であるインクジェットプリンタに搭載されるインク供給システムに適用したものであり、インク貯留容器からインクジェットヘッドにインクを供給するものである。そして、このインク供給システムで供給されるインクは、メタリックインク、パールインク、白インクなど、液体成分に、顔料などの液体成分と比重の異なる微粒子が含まれたものが用いられる。なお、同一又は相当部分には同一符号を付すこととする。

図１は、実施形態に係るインク供給システムの概略構成図である。図１に示すように、インク供給システム１は、インクジェットヘッド２と、インク貯留容器３と、第一中間タンク４と、第二中間タンク５と、送液ポンプ６と、洗浄液供給装置７と、を備える。

インクジェットヘッド２は、供給されたインクを液滴状のインク液滴として吐出するものである。このインクジェットヘッド２は、図示しない多数のノズルが形成されており、インクジェットヘッド２に供給されたインクが各ノズルに分配供給されている。そして、インクジェットヘッド２には、各ノズルに分配供給されたインクが所定のメニスカスを形成するように、各ノズルのノズル径や吐出するインクの密度などに応じて、インクの水頭圧の範囲が指定されている。なお、この指定された水頭圧の範囲を指定水頭圧といい、指定水頭圧の中心値は、例えば、１ｋＰａ程度となり、指定水頭圧の上限値と下限値との差は、例えば、４００Ｐａ程度となる。そして、インクジェットヘッド２は、圧電素子などの駆動制御により、各ノズルにおいてメニスカスが形成されたインクをインク液滴として吐出する。なお、インクジェットヘッド２は、走査方向に移動可能に取り付けられたキャリッジ（不図示）に搭載されており、キャリッジの走査方向への移動時にインク液滴を吐出することで、スキャンが行われる。

インク貯留容器３は、インクジェットヘッド２に供給するインクが貯留されたインク容器である。インク貯留容器３は、例えば、インクパックやインクタンクなどで構成されており、所定容量のインクが貯留される。

第一中間タンク４は、インク貯留容器３から供給されるインクを一時的に貯留するものであり、インクを貯留するサブタンクや、インクジェットヘッド２に供給されるインクの圧力変動を抑制するダイアフラム膜が設けられたダンパあるいはレギュレータなどとして機能する。この第一中間タンク４は、オンキャリッジ型を採用しており、インクジェットヘッド２が搭載されるキャリッジに搭載されて、インクジェットヘッド２の直上に配置されている。そして、第一中間タンク４は、インクジェットヘッド２に連通されるとともに、貯留しているインクをインクジェットヘッド２に供給する。このため、インクジェットヘッド２の各ノズルには、第一中間タンク４に貯留されたインクの水頭圧が作用する。

ところで、上述したように、インクジェットヘッド２の各ノズルに分配供給されたインクを所定のメニスカスに保持するために、インクの水頭圧の範囲が指定されている。そこで、第一中間タンク４に貯留されたインクの水頭圧を指定水頭圧とするために、第一中間タンク４には、第一中間タンク４を負圧状態に保持する調圧手段（不図示）が設けられている。この調圧手段は、例えば、第一中間タンク４の上部空間に連通された定圧ポンプで構成されており、この定圧ポンプで第一中間タンク４の上部空間を吸引することで、第一中間タンク４を所定圧の負圧状態に保持することができる。

このとき、インクジェットヘッド２にインクを供給すると、第一中間タンク４におけるインクの液位が下がり、インク貯留容器３からインクが供給されると、第一中間タンク４におけるインクの液位が上がる。そこで、第一中間タンク４には、インクジェットヘッド２の各ノズルに分配供給されたインクの圧力が指定水頭値の上限値となる上限液位４ａ（図２参照）と、インクジェットヘッド２の各ノズルに分配供給されたインクの圧力が指定水頭値の下限値となる下限液位４ｂ（図２参照）と、が設定されている。すなわち、第一中間タンク４に貯留されるインクが上限液位４ａを上回ると、インクジェットヘッド２の各ノズルに形成されたインクのメニスカスが壊れる虞があり、第一中間タンク４に貯留されるインクが下限液位４ｂを下回ると、インクジェットヘッド２の各ノズルに形成されたインクのメニスカスが壊れる虞がある。このため、第一中間タンク４には、上限液位４ａと下限液位４ｂとを検出する液位検出センサ（不図示）が設けられている。そして、この液位検出センサの検出値を参照して、後述する送液ポンプ６の駆動制御により、第一中間タンク４に貯留されるインクの量が、上限液位と下限液位との間に保持される。

また、第一中間タンク４が、大気圧とインクジェットヘッド２におけるインク圧との差圧で作動するレギュレータであれば、上記水頭圧の許容値を越えて負圧を示した場合に送液ポンプ６を作動させることで、第一中間タンク４に貯留されるインクの量を、上限液位と下限液位との間に保持することができる。

第二中間タンク５は、インク貯留容器３から供給されるインクを一時的に貯留するとともに、この貯留したインクを第一中間タンク４に供給するものである。第二中間タンク５は、インク貯留容器３と第一中間タンク４との間であって、インク貯留容器３に近接した位置に配置されている。この第二中間タンク５は、ベローズ状の密閉タンクであり、蛇腹状に伸縮可能に形成されている。このため、第二中間タンク５にインクが供給されると、第二中間タンク５が伸長して容積が増大し、第二中間タンク５からインクが排出されると、第二中間タンク５が短縮して容積が減少する。

送液ポンプ６は、チューブポンプなどで構成されており、制御部（不図示）の制御で駆動するポンプである。送液ポンプ６は、第一中間タンク４と第二中間タンク５との間を連結する配管ｔ１に取り付けられており、配管ｔ１内のインクを第一中間タンク４と第二中間タンク５との間で往復動させることが可能となっている。なお、送液ポンプ６は、チューブポンプに限定されるものではなく、配管ｔ１内のインクを第一中間タンク４と第二中間タンク５との間で往復動させることができれば、如何なる送液手段を用いても良い。

洗浄液供給装置７は、第一中間タンク４とインクジェットヘッド２とを連通する配管ｔ２に連結されており、この配管ｔ２に洗浄液を供給するものである。すなわち、洗浄液供給装置７は、配管ｔ２に洗浄液を供給することで、配管ｔ２及びインクジェットヘッド２内のインクを洗浄液に置換し、配管ｔ２及びインクジェットヘッド２内を洗浄するものである。なお、配管ｔ２及びインクジェットヘッド２内のインクは、インクジェットヘッド２の各ノズルから排出される。洗浄液供給装置７から配管ｔ２に供給される洗浄液は、如何なる液体であっても良いが、インクを構成する溶剤を主成分とする洗浄液を用いることで、配管ｔ２やインクジェットヘッド２の各ノズルに付着したインクの凝集物を溶解除去することも可能となる。

次に、インク供給システム１の動作について説明する。なお、以下に説明するインク供給システム１の処理動作は、制御部の制御により行われる。すなわち、制御部において、ＣＰＵなどで構成される処理部が、ＲＯＭなどの記憶装置に記録されたプログラムに従い、各機能を統括管理することで、以下の処理が行われる。

始めに、インクジェットヘッド２からインク液滴を吐出する通常時の動作について説明する。

まず、第一中間タンク４に設けられている液位検出センサにより、第一中間タンク４におけるインクの液位が、上限液位４ａと下限液位４ｂとの間に位置することを確認する。そして、第一中間タンク４に設けられている調圧手段により、第一中間タンク４を所定圧の負圧状態に保持して、インクジェットヘッド２の各ノズルに分配供給されたインクを所定のメニスカスに形成する。

その後、インクジェットヘッド２は、インクジェットヘッド２からインクの供給を受けて、記録メディアなどに向けてインク液滴を吐出する。このとき、インク液滴の吐出量に応じて、第一中間タンク４からインクジェットヘッド２にインクが供給されるため、インク液滴の吐出量に応じて、第一中間タンク４におけるインクの液位が下がる。そして、第一中間タンク４に設けられている液位検出センサにより、第一中間タンク４におけるインクの液位が下限液位４ｂに達したことを検出すると、送液ポンプ６の駆動を開始し、配管ｔ１内のインクを第二中間タンク５側から第一中間タンク４側に送液する。すると、インク貯留容器３に貯留されているインクが、第二中間タンク５を通って第一中間タンク４に供給される。その後、第一中間タンク４に設けられている液位検出センサにより、第一中間タンク４におけるインクの液位が上限液位４ａに達したことを検出すると、送液ポンプ６の駆動を停止する。

次に、図２を参照して、インクジェットヘッド２からインク液滴を吐出しない待機時の動作について説明する。図２は、インク供給システムによるインクの往復動を説明するための図である。

まず、図２（ａ）に示すように、送液ポンプ６の駆動を開始し、配管ｔ１内のインクを第一中間タンク４側から第二中間タンク５側に送液する。すると、第一中間タンク４に貯留されているインクが、配管ｔ１を流れて第二中間タンク５に供給される。これにより、第一中間タンク４におけるインクの液位が下がり、第二中間タンク５が伸長して容積が増大する。このとき、第二中間タンク５は、調圧手段により所定圧の負圧状態に保持されているため、インクジェットヘッド２の各ノズルに分配供給されたインクは、指定水頭圧に保持されて所定のメニスカスが形成された状態となっている。そして、第一中間タンク４に設けられている液位検出センサにより、第一中間タンク４におけるインクの液位が下限液位４ｂに達したことを検出すると、送液ポンプ６の駆動を停止する。

次に、図２（ｂ）に示すように、送液ポンプ６によるインクの送液方向を反転させ、配管ｔ１内のインクを第二中間タンク５側から第一中間タンク４側に送液する。すると、第二中間タンク５に貯留されているインクが、配管ｔ１を流れて第一中間タンク４に供給される。これにより、第一中間タンク４におけるインクの液位が上がるり、第二中間タンク５が短縮して容積が減少する。このとき、第二中間タンク５は、調圧手段により所定圧の負圧状態に保持されているため、インクジェットヘッド２の各ノズルに分配供給されたインクは、指定水頭圧に保持されて所定のメニスカスが形成された状態となっている。そして、第一中間タンク４に設けられている液位検出センサにより、第一中間タンク４におけるインクの液位が上限液位４ａに達したことを検出すると、送液ポンプ６の駆動を停止する。

更に、上記送液ポンプ６の駆動制御と併せて、洗浄液供給装置７の駆動制御も行うことができる。すなわち、洗浄液供給装置７の駆動を開始し、配管ｔ２に洗浄液を供給する。すると、配管ｔ２及びインクジェットヘッド２内のインクは、洗浄液供給装置７から供給された洗浄液に押し出されて、インクジェットヘッド２の各ノズルから排出される。これにより、配管ｔ２及びインクジェットヘッド２内のインクが洗浄液に置換され、この洗浄液により、配管ｔ２及びインクジェットヘッド２内が洗浄される。

このように、本実施形態に係るインク供給システム１によれば、インク貯留容器３に貯留された液体は、第二中間タンク５、送液ポンプ６及び第一中間タンク４を経て液滴吐出ヘッドに供給される。そして、送液ポンプ６によりインクを往復動させると、第一中間タンク４と第二中間タンク５との間でインクが往復動する。これにより、インクを廃棄することなく、第一中間タンク４と第二中間タンク５との間でインクを移動させ続けることができるため、インクのコスト低下を抑制し、且つ、構造の複雑化を抑制して、インク内の微粒子の沈殿を防止することができる
そして、調圧手段により第一中間タンク４を負圧状態に保持することで、第一中間タンク４の配置に関わらず、液滴吐出ヘッドに供給されたインクを所定のメニスカスに形成することができる。

また、所定の水頭値となる範囲内において第一タンクからインクを出し入れすることで、メニスカスを破壊することなく、第一中間タンク４と第二中間タンク５との間でインクを往復動させることができる。

また、第二中間タンク５を伸縮可能なベローズ状の密閉タンクとすることで、インクの揮発を抑制しつつ、第二中間タンク５に対するインクの出し入れを可能とすることができる。

また、洗浄液供給装置７を設けることで、第一中間タンク４と液滴吐出ヘッドとの間の配管内のインクを洗浄液に置換することができるため、この間の配管おいて微粒子が沈殿するのを防止することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、第二中間タンク５として、ベローズ状の密閉タンクを用いるものとして説明したが、貯留されるインクの容量変化を許容することができれば、如何なる形状や構造の容器を用いても良く、例えば、調圧手段を備えた固定の密閉タンクであっても良い。この場合、インクの供給及び排出が繰り返されることにより第二中間タンク５の上部空間の容量が変動するが、調圧手段により、この上部空間の圧力を略一定に保持することで、貯留されるインクの容量変化を許容することができる。なお、インクの揮発が問題とならなければ、密閉される必要は無く、大気開放されたタンクを用いても良い。

また、上記実施形態では、洗浄液供給装置７を設け、配管ｔ２に洗浄液を供給することで、配管ｔ２及びインクジェットヘッド２に供給されたインクを排出するものとして説明したが、例えば、洗浄液供給装置７の代わりに配管ｔ２に空気などの気体を供給する気体供給装置を設けても良い。この場合、配管ｔ２に気体を供給することで、配管ｔ２及びインクジェットヘッド２内のインクは、気体供給装置から供給された気体に押し出されて、インクジェットヘッド２の各ノズルから排出される。これにより、配管ｔ２及びインクジェットヘッド２内のインクが洗浄液に置換される。なお、気体供給装置から配管ｔ２に供給する気体は、大気圧の気体であっても良く、加圧された気体であっても良い。

また、上記実施形態では、第一中間タンク４を、キャリッジに搭載されるオンキャリッジ型のものとして説明したが、キャリッジとは別の場所に設置されるものとしてもよい。この場合であっても、調圧手段による圧力制御により、第一中間タンク４を指定水頭圧に設定することができる。

また、上記実施形態では、待機時に送液ポンプ６を駆動制御して配管ｔ１内のインクを往復動させるものとして説明したが、通常時に送液ポンプ６を駆動制御して配管ｔ１内のインクを往復動させるものとしても良い。この場合であっても、第一中間タンク４は、調圧手段により所定圧の負圧状態に保持されるとともに、第一中間タンク４におけるインクの液位が上限液位４ａと下限液位４ｂとの間に保持されるため、インクジェットヘッド２の各ノズルに分配供給されたインクのメニスカスを保持することができる。

また、上記実施形態では、本発明の一例としてインクジェットプリンタのインク供給システムについて説明したが、本発明を、食用オイルや接着剤などの高粘度液体を液滴として吐出する工業用液滴吐出装置などのインク供給システムに適用してもよい。

１…インク供給システム、２…インクジェットヘッド、３…インク貯留容器、４…第一中間タンク、４ａ…上限液位、４ｂ…下限液位、５…第二中間タンク、６…送液ポンプ、７…洗浄液供給装置、ｔ１…配管、ｔ２…配管。

Claims (6)

1. 液滴が吐出される液滴吐出ヘッドと、前記液滴吐出ヘッドに供給する液体を貯留する液体貯留容器と、を有する液滴吐出装置に設けられる液体供給システムであって、
   前記液体貯留容器と前記液滴吐出ヘッドとの間の配管に配置されて、前記液滴吐出ヘッドに供給される液体を一時的に貯留する第一中間タンクと、
   前記液体貯留容器と前記第一中間タンクとの間の配管に配置されて、前記液滴貯留容器から供給される液体を一時的に貯留する第二中間タンクと、
   前記第一中間タンクと前記第二中間タンクとの間の配管に配置されて、前記第一中間タンクと前記第二中間タンクとの間で液体を往復動させる送液手段と、
   を有することを特徴とする液滴吐出装置の液体供給システム。
2. 前記第一中間タンクは、所定圧の負圧状態に保持されていることを特徴とする請求項１に記載の液体供給システム。
3. 前記送液手段は、前記液滴吐出ヘッドに供給された液体が所定のメニスカスを形成する所定水頭値となる範囲内において、前記第一中間タンクから液体を出し入れすることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体供給システム。
4. 前記第二中間タンクは、伸縮可能なベローズ状の密閉タンクであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の液体供給システム。
5. 前記第一中間タンクと前記液滴吐出ヘッドとの間の配管に洗浄液を供給する洗浄液供給手段を更に有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の液体供給システム。
6. 前記第一中間タンクと前記液滴吐出ヘッドとの間の配管に気体を供給する気体供給手段を更に有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の液体供給システム。
   

Images