JP5599077B2 - インクジェット印刷装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット印刷を対象とし、より詳細には、貫流印字ヘッドを有するドロップ・オン・デマンドのインクジェット印刷装置を対象とする。

当該技術分野において、貫流印字ヘッドを有するインクジェット印刷装置は、例えばＷＯ２００６／０３０２３５Ａ２およびＷＯ２００６／０６４０３６Ａ１から知られている。貫流構造を有する印字ヘッドでは、流体がノズルから連続的に除去され、それにより、ノズルを塞ぐ場合があり或いはさもなければ正確な動作に影響を及ぼす場合がある汚れや気泡が除去される。また、印字ヘッドの電子部品、例えば流体滴を生成するために使用される圧電振動子によって発生される熱も除去され、それにより、印字ヘッド内の流体の温度が調整される。流体粘性、その結果として流体のジェット特性は温度に依存するため、印字ヘッド内の流体の温度は重要である。インクジェット印字ヘッドは、連続的に液滴生成し或いは要求に応じて液滴生成するように設計されている。必要なときに基体へと偏向される流体滴の連続的な流れが生成される一方で残りの液滴が収集される連続システムとは異なり、ドロップ・オン・デマンドのインクジェット印刷では、そのような液滴が基体を印刷するために必要とされるときに、流体の液滴がそれぞれのノズルだけから放出される。ドロップ・オン・デマンドのインクジェット印刷システムは、通常は、液滴生成原理にしたがって、熱型または圧電型に更に分類される。

インクジェット印字ヘッドでは、僅かな負圧または背圧が動作のために必要とされる。ＷＯ２００６／０３０２３５Ａ２およびＷＯ２００６／０６４０３６Ａ１はいずれも、貫流印字ヘッドを有するインクジェット印刷装置で用いる流体供給・循環システムを開示している。この場合、背圧は、流体を貫流印字ヘッドのノズルへ供給する供給サブタンク内の圧力および印字ヘッドにより消費されない流体を受ける戻しサブタンク内の圧力の能動的な制御によって制御される。戻しサブタンクは主リザーバに接続されており、主リザーバから供給サブタンクに流体が送られる。

サブタンクおよび関連する導管は、十分な量、例えば印字ヘッドごとに約１０ｍｌの量の流体を収容する。印刷作業の中断時、例えば印刷作業の終了時、または、一時的な故障に起因して、ノズルにおける僅かな負圧が消失するため、流体がこれらのサブタンクおよび関連する導管からノズルを介して収集トレイ等の内部へと漏れ、最終的に、サブタンクおよび関連する導管内がほぼ完全に空になる危険がある。この危険は、サブタンク内の圧力が能動的に監視されて制御されないインクジェット印刷装置においては重大である。廃物として廃棄されるようになっているこのように収集される流体の量は比較的多くなり得る。貴重な流体の処分はコストを高める。また、装置の再始動が困難な場合がある。

本発明の目的は、前述した欠点を有さない或いは殆ど有さない貫流印字ヘッドを備えるドロップ・オン・デマンドのインクジェット印刷装置を提供することである。

特に、本発明の目的は、その動作の中断時に廃棄流体の生成が減少されるそのような装置を提供することである。

本発明の更なる他の目的は、制御バルブやポンプなどの高価な構成要素を付加する必要がないそのような機器を提供することである。

本発明の更に他の目的は、サブタンク内の圧力の能動的な制御を伴わないインクジェット印刷装置を提供することである。

上記目的のうちの１つ以上は、印刷されるべき基体上に流体滴を放出するための１つ以上のノズルを有する少なくとも１つの貫流印字ヘッドと、流体を送って印字ヘッドを通じて循環させるための流体循環システムとを備える本発明に係るドロップ・オン・デマンドのインクジェット印刷装置であって、前記流体循環システムは、
−所定量の流体を収容するための主リザーバと、
−前記主リザーバから流体を受けて該流体を前記貫流印字ヘッドへ供給するための供給バッファタンクと、
−前記貫流印字ヘッドから流体を受けて該流体を前記主リザーバへ戻すための戻しマニホールドと
を備え、前記主リザーバが、流体を当該主リザーバから前記供給バッファタンクへと方向付けるためのポンプ手段を備える送り導管を介して、前記供給バッファタンクに接続され、前記供給バッファタンクがノズル供給導管を介して、前記貫流印字ヘッドの１つ以上のノズルと流体連通し、前記１つ以上のノズルは、ノズル戻し導管を介して前記戻しマニホールドと流体連通し、戻しマニホールドが排出導管を介して主リザーバに接続され、前記主リザーバおよび前記供給バッファタンクは、前記１つ以上のノズルに対して、動作中において前記１つ以上のノズルに背圧が設定されるとともに、流体が前記貫流印字ヘッドを介して前記供給バッファタンクから前記戻しマニホールドへと流れて前記主リザーバ内に戻るような高さに配置され、前記供給バッファタンクには、当該供給バッファタンクを前記主リザーバに接続する少なくとも１つの更なるロック可能な導管が設けられる、ドロップ・オン・デマンドのインクジェット印刷装置によって達成される。

本発明に係るインクジェット印刷装置は、貫流型の１つ以上の印字ヘッドを備える。印字ヘッドは、通常は連続ウェブなどの印刷されるべき基体の移動方向に対して垂直な走査方向で往復できるカートリッジに配置されてよい。また、印字ヘッドが千鳥状に配置固定されてもよい。通常、インクジェット印刷装置は、例えばブラック（Ｋ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、および、シアン（Ｃ）などの印刷されるべきそれぞれの色ごとに１つ以上の印字ヘッドを有する。各印字ヘッドは、流体滴を放出するための少なくとも１つのノズルを有する。一般に、複数のノズルが配列を成して配置される。液滴を生成するために圧電素子が使用されてもよい。インク流体に加えて、接着剤などの様々な他の流体を本発明に係る装置と共に使用することができる。流体は、装置を通じた流体の循環も維持する流体循環システムによって印字ヘッドへ送られる。流体循環システムは、とりわけ、基本量の流体を収容するようになっている主リザーバを備える。主リザーバは、必要に応じて連続的に或いは断続的に格納容器からの新鮮な流体で満たされてもよい。主リザーバは、大気に対して開放しており、通常は装置の固定（サブ）フレーム上の低い位置に位置決めされる。主リザーバは、送り導管を介して供給バッファタンクに接続される。流体は、送り導管に設けられるポンプ手段を使用して主リザーバから送られる。供給バッファタンクは、主リザーバよりも上側の供給高さに配置される。供給バッファタンクが装置の固定部または往復キャリッジに配置されてもよい。動作中、供給バッファタンクが大気に対して開放する。一般に、供給バッファタンクは、ノズル供給導管の所要長さを短く維持するために、貫流印字ヘッドの直ぐ近傍に位置される。このノズル供給導管は、流体を供給バッファタンクから貫流印字ヘッドのノズルへと送る。ノズル戻し導管が、大気に対して閉じられる戻しマニホールドに対してノズルを接続する。戻しマニホールドには、装置、特に貫流印字ヘッドを通じた流体流れを起こさせてインクから任意の気泡を除去するために始動用の脱気ユニットを設けることができるのが有益である。戻しマニホールドは、供給バッファタンクと印字ヘッドとの間の高さに位置される。したがって、印字ヘッドのノズルは、バッファタンクに対して低い位置に位置決めされる。ノズルでの負圧または背圧は、供給バッファタンク内の流体の自由表面液位とノズル内の流体のメニスカスとの間の流体支柱の静圧と、ノズル内の流体のメニスカスと主リザーバ内の流体液面との間の流体支柱の静圧とを調整することによって、好ましくはノズルに対する供給バッファタンクおよび主リザーバの高さ位置を調整することによって得られる。また、流体の流量は、接続導管および印字ヘッド内の液圧抵抗、流体粘性、温度等のような他のパラメータにも依存する。適した高さ設定により、更なる調整を必要とすることなく多種多様な流体を用いて装置を作動させることができる。また、供給バッファタンクおよび戻しマニホールド内の圧力を能動的に制御するための更なる制御手段は余分である。戻しマニホールド自体が排出導管によって主リザーバに接続される。関与する流体、例えばインク中でキャリアとして使用される溶剤と動作条件とに耐える可撓性のチューブから全ての導管が形成されるのが有益である。

本発明によれば、インクジェット印刷装置には、供給バッファタンクと主リザーバとの間に少なくとも１つの更なる導管−以下、その機能のうちの１つに照らして排液導管とも呼ばれる−も設けられる。この排液導管は、ロック可能であり或いは閉塞可能であり、そのため、更なる導管を通じた流体（空気／インク）の通過を妨げることができる。排液導管は２つの機能を有する。排液導管は、通気口として、通常の動作中に供給バッファタンクと主リザーバとの間を開放連通し、その結果として、供給バッファタンク内の圧力も大気圧となる。また、本発明に係るインクジェット印刷装置の通常の動作中、流体は、一部の流体が供給バッファタンクから排液導管を介して元の主リザーバへ流れるという事実にもかかわらず、供給バッファタンク内の自由表面液位を略一定の高さに保つのに十分な量で、主リザーバからポンプ手段により供給バッファタンクへと送られる。導管を通じて反対方向に流れる空気および流体の量と比べて十分大きい断面を排液導管が有する場合には、通気機能および排液機能が１つの排液導管によって与えられるのが好ましい。したがって、そのような単一の排液導管により、空気およびインクは同時に反対方向に流れることができる。前述したこれらの機能が２つ以上の別個の導管によって与えられてもよい。また、流体は、供給バッファから印字ヘッドのノズルおよび戻しバッファを介して主リザーバへと循環する。同時に、要求に応じて流体滴をノズルから放出することにより印刷が行なわれる。本発明に係るインクジェット装置の動作が中断されると、排液管接続を閉じることにより、ノズルからの流体の漏れがかなりの程度まで防止される。排液管が閉じられると、排液管およびノズル供給導管が連通容器として作用するため、供給バッファタンク内の圧力が異なる再平衡値を得る。同じことが戻しマニホールドにも当てはまる。この場合、ノズル戻し導管および排出導管も連通容器として作用する。ただし、例えば排出導管の出口を主リザーバ内の流体の液面よりも下側にして或いは戻しマニホールドのノズル戻し導管の入口を排出導管の出口よりも高い位置にして排出導管を閉じることにより、流体支柱が排出導管内で維持される場合に限る。これにより、ノズルには、負圧であるが僅かに異なる圧力が維持され、それにより、さもなければ廃棄されるであろう量の流体の漏れが防止される。

好ましい実施形態において、流体循環システム、特に主リザーバおよびその排液導管は、装置の作動の中断時に主リザーバ内に収容される流体が排液管を遮断するように設計される。この実施形態において、排液導管を通じて供給バッファタンクから排出導管を介して主リザーバへ流れる量の流体は、主リザーバ内の流体の液面上昇を、この液面が主容器内に延びる排液導管の出口に達するまで引き起こし、それにより、排液導管が実際に閉じられ、その結果、主リザーバと供給バッファタンクとの間の開放連通が閉じられる。この種の閉塞は、前述したように供給バッファタンク内および関連する導管内に新たな圧力平衡の形成をもたらす。この実施形態において、本発明に係る装置は自動調整する。この実施形態は更なる制御機器を必要としない。

更なる実施形態において、インクジェット装置は、主リザーバ内での排液導管の出口の高さ位置を調整するための調整手段も備える。この特徴により、本発明に係る装置を、該装置内で異なる量の流体を循環させて動作させることができる。

なお更なる実施形態では、主リザーバにフロートが設けられ、該フロートは、排液導管の出口が主リザーバ内の流体の作動液面で開放する開放位置および排液導管の出口が主リザーバ内の流体の最終液位でフロートにより閉じられる閉塞位置で主リザーバ内に収容される流体上で浮くように設計されている。この種のフロートは、主リザーバ内の流体の液面の僅かな上昇時であっても排液導管出口を効果的に閉じることができる。

本発明に係るインクジェット印刷装置の他の実施形態では、排液導管にバルブが設けられる。本発明に係る装置が停止されると、バルブが開位置から閉位置へ切り換えられ、それにより、供給バッファタンクと主リザーバとの間の排液接続部が閉じられる。

特に好ましい実施形態において、供給バッファタンクには、越流開口を有する越流堰または越流壁などの越流部が設けられる。越流部は供給バッファタンクを複数の区画室に分ける。供給バッファタンクの第１の区画室には送り導管から流体が供給される。流体は、第１の区画室からノズル供給導管を介して印字ヘッドへ流れる。過剰な流体は、越流部を越えて第２の区画室内へと流れ、そこから排液導管を介して主リザーバへ戻される。越流部は、第１の区画室内に収容される流体の自由表面液位を略一定の値に保つために好ましい手段であり、それにより、流体の略一定のヘッド（支柱）がもたらされ、したがって、ノズル内に略一定の静圧がもたらされる。供給バッファタンク、特に区画室は、ノズル供給導管への接続のための底部出口開口と、排液導管への接続のための底部出口開口とをそれぞれ有することが有益である。

戻しマニホールドにおいて、ノズル戻し導管を接続するための入口開口は、出口開口、有益には排出導管への接続のための底部出口開口よりも上側の高さに設けられるのが好ましい。

前述したように、本発明に係るインクジェット印刷装置は、複数の印字ヘッド、例えば４個または５個の印字ヘッドを備えてもよい。各印字ヘッドがそれ自体のバッファタンクと関連する接続部とを有することが適している。しかしながら、コストを考慮して、マルチ印字ヘッド形態における各印字ヘッドが共通の供給バッファタンクと共通の戻しマニホールドとに流体連通することが好ましい。

以下、添付図面において本発明を更に詳しく説明する。

本発明に係るドロップ・オン・デマンドのインクジェット印刷装置の第１の実施形態を示す図である。 本発明に係る装置の更なる変形を示す図である。 複数の印字ヘッドを有する本発明に係るインクジェット印刷装置の一実施形態の図である。

図１には、インクジェット印刷装置が参照符号１０によって示されている。基本的に、装置１０は、ノズル２２の配列を有する貫流印字ヘッド２０と、流体供給源と、循環システムとを備える。この実施形態において、このシステムは、通気開口３２によって大気に開放連通する主リザーバ３０を備える。主リザーバ３０は、ポンプ４２を備える送り導管４０を介して供給バッファタンク３８の入口３６に接続される出口３４を有する。ポンプ４２は、主リザーバ３０からの流体を供給バッファタンク３８内に引き込む。供給バッファタンク３８は大気に対して閉じられている。供給バッファタンク３８は、越流堰４８によって互いに分離される２つの区画室４４および４６を備える。送り導管４０の出口５０は区画室４６に「接続される」。この場合、出口５０は、流体が区画室４６内に流れ込むように供給バッファタンク３８内へと延びている。区画室４６は、底部出口開口５１を備えており、ノズル供給導管５２によってノズル２２に接続される。他方の区画室４４にも底部出口開口５４が設けられ、該区画室４４は、主リザーバ３０内の流体の液面よりも下側に延びる排液導管５５を介して主リザーバ３０に接続される。主リザーバ３０は、主リザーバ３０内に該主リザーバ内の流体の作動液面よりも上側に距離を隔てて配置される排液出口５８を有する。また、供給バッファタンク３８は、第２の導管５６によって主リザーバ３０と開放連通し、その結果、外気に対して開放する。この導管５６は、主リザーバ３０内および供給バッファタンク３８内のヘッドスペース間で延びる。区画室４６内の流体の自由表面液位６０は、ノズル２２内の流体メニスカスに対して高さＨ１に保たれる。Ｈ２は、主リザーバ３０内の流体の液面に対するノズル２２内の流体のメニスカスの高さを規定する。これらの高さは、ヘッド２０を通じた流体の流れおよびメニスカス背圧を制御する。

動作時、ポンプ４２から供給バッファタンク３８内への流体の流れは、供給バッファタンク３８内の流体の自由表面液位６０をノズル２２内の流体のメニスカスよりも上側の略一定の高さＨ１に保つのに十分である。すなわち、動作中に略一定の静圧ヘッドが保たれる。過剰な流体は、区画室４６から越流堰４８を越えて区画室４４内へと流れて主リザーバ３０へ戻される。ノズル戻し導管６２が、ノズル２２を、大気に対して閉じられる戻しマニホールド６４に接続する。始動手続き中にサイフォンのような装置を通じた流体流れを起こさせるために、ライン６３を介して戻しマニホールド６４に接続される脱気ユニット６５が設けられてもよい。戻しマニホールド６４内の流体の表面液位が参照符号６１により示されている。戻しマニホールド６４は、主リザーバ３０に開放する排出導管６８に接続される底部出口開口６６を有する。排出導管６８の出口７６は、区画室７０内の流体の液面よりも下側に位置される。主リザーバ３０内の作動流体液面はセンサ７５によって監視される。例えばセンサ７５によって制御されるポンプ７７が、新鮮な流体を格納タンクまたはバッグ（図示せず）から主リザーバ３０へと送る。

前述したように、流体循環・供給システムは、インクジェット装置１０の作動の中断時に流体が供給バッファタンク３８から排液導管５５を介して、および戻しマニホールド６４から排出導管６８を介して元の主リザーバ３０内へと流れ続けるように設計される。流体はもはやポンプ４２により送り導管４０を通じて圧送されないため、主リザーバ３０内の流体の液面が最終液位まで上昇する。結果として、導管５６の出口５８が流体によって閉じられ、外気に対する供給バッファタンク３８の開放連通が遮断される。流体は、排液導管５６およびノズル供給導管５２内に収容される流体の圧力ヘッドに起因して供給バッファタンク３８内の圧力が平衡値を得るまで、排液導管５６内へとある程度まで引き込まれる。結果として、ノズル供給導管５２内の流体の流れが止まる。システムの他方側では、ノズル戻し導管６２および排出導管６８内に収容される流体の圧力ヘッドが平衡に達して、流体流れが停止する一方で、ノズルの背圧が維持され、それにより、流体漏れが防止される。

図１に示される自動調整実施形態に代わる手段として、導管５６に設けられて装置の動作の中断時に閉じられるバルブが同じ効果を有する。

図２は、本発明に係るドロップ・オン・デマンドのインクジェット印刷装置１０の他の実施形態を示している。図１の要素と一致する要素が同じ参照符号によって特定されている。排液用の導管５５および通気用の導管５６の代わりに、単一の排液導管５６が、供給バッファタンク３８の区画室４４の底部出口開口５４と主リザーバ３０内の作動流体液面よりも上側の自由ヘッドスペースとの間で延びる。排液導管／通気口５６は、動作中に流体を区画室４４から排液でき且つ供給バッファタンク３８を外気に対して開放したまま保つことができる十分大きい断面を有する。中断時、主リザーバ３０内の流体液面が最終液位まで上昇する。その場合、流体は、排液導管５６の出口５８を遮断して、大気に対する供給バッファタンク３８の開放連通を妨げる。主リザーバ３０を例えば図１と同様に新鮮な流体で満たすことができる。

図２は２つの別の実施形態も示している。第１の別の実施形態によれば、フロート８０が主リザーバ３０内に配置され、該フロートは、リザーバ３０内の流体の液面の上昇時に排液導管５６の出口５８を閉じる。他の別の実施形態において、排液導管５６には、排液導管５６を開閉するための切り換えバルブ９０が設けられる。

図３は、ノズル２２の配列を備える２つの印字ヘッド２０を有する本発明に係るインクジェット印刷装置１０の一実施形態である。この場合も先と同様に、図１および図２の要素と同一の要素が同じ参照符号によって特定されている。図示のように、印字ヘッド２０はそれぞれ、対応するノズル供給導管５２およびノズル戻し導管６２により、同じ供給バッファタンク３８および戻しマニホールド６４に接続される。

Claims (10)

1. 印刷されるべき基体上に流体滴を放出するための１つ以上のノズル（２２）を有する少なくとも１つの貫流印字ヘッド（２０）と、流体を送って印字ヘッドを通じて循環させるための流体循環システムとを備えるドロップ・オン・デマンドのインクジェット印刷装置（１０）であって、
   前記流体循環システムは、
   −所定量の流体を収容するための主リザーバ（３０）と、
   −前記主リザーバ（３０）から流体を受けて該流体を前記貫流印字ヘッド（２０）へ供給するための供給バッファタンク（３８）と、
   −前記貫流印字ヘッド（２０）から流体を受けて該流体を前記主リザーバ（３０）へ戻すための戻しマニホールド（６４）と
   を備え、
   前記主リザーバ（３０）は、流体を当該主リザーバ（３０）から前記供給バッファタンク（３８）へと方向付けるためのポンプ手段（４２）を備える送り導管（４０）を介して、前記供給バッファタンク（３８）に接続され、
   前記供給バッファタンク（３８）は、ノズル供給導管（５２）を介して、前記貫流印字ヘッド（２０）の１つ以上のノズル（２２）と流体連通し、
   前記１つ以上のノズル（２２）は、ノズル戻し導管（６２）を介して前記戻しマニホールド（３８）と流体連通し、
   前記戻しマニホールド（６４）は、排出導管（６８）を介して前記主リザーバ（３０）に接続され、
   前記主リザーバ（３０）および前記供給バッファタンク（３８）は、前記１つ以上のノズル（２２）に対して、動作中において前記１つ以上のノズル（２２）に背圧が設定されるとともに、流体が前記貫流印字ヘッド（２２）を介して前記供給バッファタンク（３８）から前記戻しマニホールド（６４）へと流れて前記主リザーバ（３０）内に戻るような高さに配置され、
   前記供給バッファタンク（３８）には、当該供給バッファタンク（３８）を前記主リザーバ（３０）に接続する少なくとも１つの更なるロック可能な導管（５６）が設けられ、
   前記ロック可能な導管は、動作中に開放され、前記供給バッファタンクから前記主リザーバへ流体が通過できるとともに、反対方向に空気が通過でき、作動の中断時に、当該更なるロック可能な導管（５６）を介して前記供給バッファタンクからの流体の流れを停止するように閉じられ、これにより、前記ノズルから流体の漏れが防止される、ドロップ・オン・デマンドのインクジェット印刷装置（１０）。
2. 前記流体循環システム、特に前記主リザーバ（３０）および前記少なくとも１つの導管（５６）は、当該装置の作動の中断時、本質的に前記主リザーバ（３０）内に収容される流体が前記導管（５６）を遮断するように設計される、請求項１に記載のインクジェット印刷装置。
3. 前記主リザーバ（３０）内での前記導管（５６）の出口（５８）の高さ位置を調整するための調整手段を更に備える、請求項１または２に記載のインクジェット印刷装置。
4. 前記主リザーバ（３０）には、当該主リザーバ（３０）内に収容される流体上で浮くことができ、前記ロック可能な導管を開閉できるフロート（８０）が設けられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載のインクジェット印刷装置。
5. 前記導管（５６）にはバルブ（９０）が設けられる、請求項１に記載のインクジェット印刷装置。
6. 前記供給バッファタンク（３８）には、当該供給バッファタンク（３８）を第１の区画室（４６）と第２の区画室（４４）とに分ける越流部（４８）が設けられており、
   前記第１の区画室（４６）は、前記送り導管（４０）およびノズル供給導管（５２）に接続され、
   前記第２の区画室（４４）は、前記少なくとも１つの導管（５５，５６）に接続される、請求項１〜５のいずれか１項に記載のインクジェット印刷装置。
7. 前記主リザーバ（３０）が大気に対して開放する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のインクジェット印刷装置。
8. 前記戻しマニホールド（６４）が大気に対して閉じられる、請求項１〜７のいずれか１項に記載のインクジェット印刷装置。
9. 複数の貫流印字ヘッド（２０）を備え、各印字ヘッド（２０）が共通の供給バッファタンク（３８）および共通の戻しマニホールド（６４）と流体連通する、請求項１〜８のいずれか１項に記載のインクジェット印刷装置。
10. 前記戻しマニホールド（６４）には始動用の脱気ユニット（６５）が設けられる、請求項１〜９のいずれか１項に記載のインクジェット印刷装置。

Images