JP7102822B2 - インクジェット画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、インクジェット画像形成装置に関するものである。

インクジェットヘッドのノズルからインクを吐出して記録媒体に画像を形成するインクジェット画像形成装置では、インク中に溶存する気体が気泡となってインク中に残留していると、インクが射出できなくなり画像欠損が発生するなどの問題が生じる。
これを防止するために、インクタンクからインクジェットヘッドにインクを供給するインク供給経路上に脱気ユニットを設けてインクの脱気を行うものが提案されている（例えば特許文献１～４）。

インクの脱気では、固定に配置された各色共通のポンプと、キャリッジ内に内部に気体透過性の中空糸を有した脱気装置を配置し、ポンプと脱気ユニットをチューブで接続する。脱気ユニット内部の中空糸のある空間にはインクが満たされていて、ポンプにて負圧を生成することによって中空糸内を真空とすることで中空糸に設けられた無数の小さな穴により空気がインクより抽出されてインクの脱気が行われる。

特開２０１５－５８６５６号公報 特開２０１１－２０７０１７号公報 国際公開２０１６／０９８５３６号公報 国際公開２０１５／１２５５２１号公報

しかし、中空糸に空いている無数の小さな穴は、空気だけでなく粒子径の小さいインクの構成物であるモノマーやゲルもある確率で流出する。ここで、ゲルは、低温では粘度が上がる特性をもっていて、インク内にある間は、インクの溶融温度（例えば、約８０℃）であるが、流出してチューブ内を通過するときは、チューブ内では温度が下がるためゲルの粘度が上昇し、ゲルを含んだモノマーがチューブを塞ぐことにより、中空糸内の該真空が維持することが出来なくなり脱気機能が損なわれる。このため、チューブを定期的に清掃する必要があり、その作業が非常に煩雑かつ機械のダウンタイム増加の原因となっている。
特許文献１～４では、脱気ユニットからリークしたインクの検出や真空ポンプに対するインクの流入を防止する技術については開示されているが、恒常的に脱気ユニットからモノマーやゲルなどが流入して生じる弊害については課題として提起されておらず、この弊害に対する解決策は示されていない。

本願発明は上記事情を背景としてなされたものであり、インクの真空経路に流入する流入物を貯留して真空経路から排除することで真空経路の閉塞などを防止することができるインクジェット画像形成装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明のインクジェット画像形成装置のうち、第１の形態は、
インク流路と、
前記インク流路の途中に設けられ、一方の面が前記インク流路内のインクと接触する気体透過性の脱気膜を有する脱気ユニットと、
前記脱気ユニットを真空にする真空吸引部と、
前記真空吸引部と前記脱気ユニットを結ぶ真空経路を有し、
前記真空経路は、前記脱気ユニット内で前記脱気膜のインクと接触する面側とは反対の面側で真空にするように配置され、
前記真空経路の途中で、前記脱気膜および前記真空経路に流入した流入物を貯留する貯留スペースを有し、
前記貯留スペースは、熱源による昇温保持が可能とされており、
前記真空経路は、前記脱気ユニットの上流側が、前記脱気ユニットの下流側よりも流路断面積が大きい。

他の形態のインクジェット画像形成装置の発明は、他の形態の発明において、前記熱源は、前記貯留スペースに伝熱または輻射熱により前記貯留スペースを加熱する。

他の形態のインクジェット画像形成装置の発明は、他の形態の発明において、前記熱源は、前記脱気ユニット内のインクを溶かすために用いられる。

他の形態のインクジェット画像形成装置の発明は、インク流路と、
前記インク流路の途中に設けられ、一方の面が前記インク流路内のインクと接触する気体透過性の脱気膜を有する脱気ユニットと、
前記脱気ユニットを真空にする真空吸引部と、
前記真空吸引部と前記脱気ユニットを結ぶ真空経路を有し、
前記真空経路は、前記脱気ユニット内で前記脱気膜のインクと接触する面側とは反対の面側で真空にするように配置され、
前記真空経路の途中で、前記脱気膜および前記真空経路に流入した流入物を貯留する貯留スペースを有し、
前記貯留スペースは、熱源による昇温保持が可能とされており、
前記貯留スペース内の圧力を解放する圧力開放弁を有し、前記圧力開放弁が開放されると、前記貯留スペース内に貯められた流入物が排出可能となっており、
前記流入物が排出される排出口を有し、前記排出口から排出された前記流入物を清掃する清掃部を有する。

他の形態のインクジェット画像形成装置の発明は、他の形態の発明において、前記流入物の排出先が前記清掃部である。

他の形態のインクジェット画像形成装置の発明は、他の形態の発明において、前記清掃部は、インクヘッドのヘッド面に接触してヘッド面に付着したインクを清掃するものである。

他の形態のインクジェット画像形成装置の発明は、他の形態の発明において、前記清掃部は、前記ヘッド面を清掃するのに使った場所と同じ場所で前記流入物の清掃に用いられる。

他の形態のインクジェット画像形成装置の発明は、他の形態の発明において、前記清掃部に排出された前記流入物の色素を検知するセンサーを有する。

他の形態のインクジェット画像形成装置の発明は、他の形態の発明において、前記貯留スペースの内部で流入物が満タンになる期間は、前記脱気ユニットの寿命と同じかそれ以上である。

他の形態のインクジェット画像形成装置の発明は、他の形態の発明において、前記脱気ユニットと前記貯留スペースとが、一体で交換可能である。

他の形態のインクジェット画像形成装置の発明は、他の形態の発明において、前記貯留スペースは、前記脱気ユニットから着脱可能な構成である。

他の形態のインクジェット画像形成装置の発明は、他の形態の発明において、前記貯留スペースに貯められた前記流入物は、インクの構成物の一つであって、インク使用温度より低い温度で粘度が上昇するものである。

本発明によれば、脱気ユニットから真空経路に流入した流入物をそのまま下流側に流すことなく、貯留スペースに貯留して真空経路の閉塞を防止することができる。

本発明の一実施形態のインクジェット画像形成装置における記録媒体の搬送および画像形成を行う構成を示す図である。 同じく、インクの経路を示す図である。 同じく、脱気ユニットと真空経路を示す図である。 同じく、中空糸部の拡大した説明図である。 従来の脱気ユニットと真空経路を示す図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、紙などの記録媒体の搬送路における側面を示す図である。
インクが記録される用紙の搬送は、無端状の搬送ベルト２、ここでは、例えば、スチールベルトなどによって行われる。搬送ベルト２は、駆動ローラー３ａと従動ローラー３ｂとの間に架け渡されて周回動作する。搬送対象の記録媒体Ｐは、押圧ローラー４で押圧されつつ、搬送ベルト２の外周側の面（記録媒体Ｐの載置面）が上向きで水平に移動する区間において、当該載置面に載置されて搬送ベルト２の周囲移動に伴って搬送される。この際に、記録媒体Ｐは、吸引部５の吸引によって搬送面に引きつけられて浮き上がりが防止される。

ヘッドユニットを備えるキャリッジ１３０は、印字時とメンテナンス時に所定の位置に移動するように構成されている。印字時には、記録媒体が搬送される区間で、記録媒体Ｐ及び搬送ベルト２は、キャリッジ１３０の各ヘッドユニット１３Ｙ（イエロー）、１３Ｍ（マゼンタ）、１３Ｃ（シアン）、１３Ｋ（ブラック）のノズルからインクが吐出される面（インク吐出面）と対向する。各ヘッドユニットには、インクが供給され、ヘッドユニットから吐出されたインクは、記録媒体に着弾し、次の搬送ベルト６によって図示しない定着器側に搬送される。搬送ベルト６は、図示しない駆動ローラーと従動ローラー７ａとの間に掛け渡され、押圧ローラー８で記録媒体Ｐが搬送面に押圧されつつ搬送される。

次に、各ヘッドユニットに供給されるインクの経路を図２に基づいて説明する。
なお、各ヘッドユニットの色に応じてそれぞれ経路が構成されており、以下の説明では、各色を総称して説明するものとする。
インクが収容されるインクタンク１０にはインク流路１７ａが接続さており、インク流路１７ａは、供給ポンプ１１を介して第１サブタンク１２に接続されている。第１サブタンク１２の出力先にはインク流路１７ｂが接続されており、インク流路１７ｂには、脱気ユニット２０が接続されている。脱気ユニット２０の詳細は後述する。

脱気ユニット２０の出液側には、インク流路１７ｃが接続されている。インク流路１７ｃでは、送液ポンプ１４、逆止弁１５を介して、第２サブタンク１６が接続されている。第２サブタンクのインク供給側にはインク流路１７ｄが接続されており、インク流路１７ｄは、ヘッドユニット１３のインレッ卜１３ａに接続されて、ノズルから吐出されるインク量に応じたインクが当該ヘッドユニット１３に供給される。
また、ヘッドユニット１３のアウトレット１３ｂには、回収路１７ｅが接続されており、バルブ１３ｃを介して第１サブタンク１２の入液側に接続されている。

また、脱気ユニット２０は、ヒータ２１でカバーされており、脱気ユニット２０には、真空経路２３が接続されている。真空経路２３には、タンクで構成された貯留スペース２２が介設されており、貯留スペース２２は、直接、脱気ユニット２０に取り付けられている。真空経路２３の先端側は真空ポンプ２４に接続されている。真空経路２３では、真空ポンプ２４の上流側で分岐した経路に圧力開放弁２５が設けられている。真空ポンプ２４は、本発明の真空吸引部に相当する。真空経路２３はキャリッジ１３０外に伸張し、真空ポンプ２４は、キャリッジ１３０外で固定位置に配置されている。

なお、貯留スペース２２は、直接脱気ユニット２０に取り付けられており、ヒータ２１で昇温維持が可能になっている。したがって、この実施形態では、ヒータ２１が本発明の熱源となる。本発明としては、貯留スペース２２は、脱気ユニットから離れた位置に設置されるものであってもよいが、できるだけ脱気ユニットに近い位置が望ましい。熱源としては、ヒータ２１からの輻射熱を用いてもよいが、貯留スペース側を加熱する熱源を別途設けるようにしてもよい。

脱気ユニット２０と貯留スペース２２は、直接取り付けられているが、貯留スペースの上流側では、貯留スペース２２の下流側の真空経路２３とは異なる経路構造としてもよい。例えば、脱気ユニット２０の壁部に経路孔を設けて真空経路２３の一部としてもよい。また、脱気ユニット２０と貯留スペース２２との間の真空経路２３を、貯留スペース２２の下流側の真空経路２３とは異なる経路構造とする場合、脱気ユニット２０と貯留スペース２２との間の真空経路２３の流路断面積を、貯留スペース２２の下流側の真空経路２３の流路断面積よりも大きくしてもよい。これにより脱気ユニット２０から流入する流入物の閉塞がしにくくなる。また、脱気ユニット２０と貯留スペース２２との間の真空経路２３では、熱源からの加熱によって貯留スペース２２と同様に、昇温保持されるのが望ましい。

また、貯留スペース２２の底部には、排出管２２ａが接続されており、排出管２２ａには開放弁２６が介設されている。排出管２２ａの排出口の下方には、ベルト状の清掃布２７が配置されており、清掃布２７は排出口から排出される流入物を清掃することができる。清掃布は本発明の清掃部に相当する。清掃部の構成は、布状のものに限定されるものではない。また、清掃により清掃布２７に付着した流入物の色素を検出するセンサー２８を有しており、流入物の色素検査を行うことができる。

なお、キャリッジ１３０がメンテナンス位置に移動する際に、ヘッドユニットのヘッド面を清掃する位置に前記清掃布２７が位置するように構成することで、清掃布２７によってヘッド面の清掃と排出管２２ａの排出口の清掃を兼用することができる。

次に、脱気ユニットと真空経路の構成について図３、４に基づいて説明する。
キャリッジ１３０内には、前記脱気ユニット２０が備えられている。
脱気ユニット２０は、例えば、円筒状に形成されており、流入したインク中の溶存気体を除去（脱気）し、脱気されたインクを排出する。脱気ユニット２０は、図３に示すように、多数の中空糸膜２０ａが配置されている。
中空糸膜２０ａは、一端が閉塞した多数の中空状の微細糸構造であり、その膜面は、気体透過性を有する。中空糸膜２０ａの微細糸構造の他端は、真空経路２３が接続されており、真空ポンプ２４で大気が吸引されることにより気圧が減圧される。この状態で、中空糸膜２０ａの膜面にインクが接触することで、図４に示すように、インク中の溶存気体のみが選択的に膜面を透過してインクが脱気される。中空糸膜２０ａを通過した溶存気体は、貯留スペース２２を通過し、真空経路２３を通って気体はさらに下流側に誘引される。

次に、インクの供給経路の詳細および動作について添付図面を用いて説明する。
インクタンク１０から供給ポンプ１１によって汲み出されたインクは、インク流路１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄを介してヘッドユニット１３に供給される。また、各ヘッドユニット１３で吐出されなかったインクは、必要に応じて回収路１７ｅに戻すことが可能な構成となっている。
インク流路１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄには、第１サブタンク１２、脱気ユニット２０、送液ポンプ１４、逆止弁１５および第２サブタンク１６を備えている。ヘッドユニット１３及びインク流路１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄは、ヒーターやヒーターからの熱を伝える伝熱部材等の加熱部によって加熱、保温されて、インクの温度が適切な温度に保たれるようになっているのが望ましい。

また、脱気ユニット２０には、脱気ユニット２０内の気圧を減圧するための真空ポンプ２４と、真空ポンプ２４と脱気ユニット２０とを繋ぐ真空経路２３と、真空経路２３に介在させた貯留スペース２２とを有している。
圧力開放弁２５は、制御部などからの動作指令に従って真空経路２３を気密状態と大気開放状態とに切り替え可能な電磁弁である。

第１サブタンク１２は、供給ポンプ１１によりインクタンク１０から汲み出されたインクを貯留する容積の小さいインク室である。
送液ポンプ１４は、脱気ユニット２０のインク流出口から流出したインクを第２サブタンク１６に送る。送液ポンプ１４と第２サブタンク１６との聞には、逆止弁１５が設けられており、一度第２サブタンク１６に送られたインクが逆流するのを防止している。
第２サブタンク１６は、脱気ユニット２０で脱気されたインクが一時的に貯留される小型のインク室である。

第２サブタンク１６のインクは、ヘッドユニット１３のインレッ卜１３ａに接続されて、ノズルから吐出されるインク量に応じたインクがヘッドユニット１３に供給される。 ヘッドユニット１３のノズルから吐出されなかったインクは、アウトレット１３ｂから回収路１７ｅ及びバルブ１３ｃを介して第１サブタンク１に戻すことが可能となっている。例えば、ヘッドユニット１３のメンテナンス時などにインク流路からインクを抜く必要がある場合、バルブ１３ｃを開放することで、ヘッドユニット１３のインクを廃棄することなく回収することができる。

次に、本実施形態におけるインクの脱気について説明する前に、比較のため、従来の装置における脱気について図５に基づいて説明する。
従来装置におけるキャリッジ１４０には、本実施形態と同様に脱気ユニット２０を有し、脱気ユニット２０内に中空糸膜２０ａが配置されている。中空糸膜２０ａの中空部側に真空経路２３が接続されており、真空経路２３は、そのまま真空ポンプ２４に接続されている。真空経路２３には、圧力開放弁２５が設けられている。
この例では、脱気ユニット２０において脱気を行うと、インク中の粒子径の小さいモノマーやゲルが入り込み、真空経路２３を移動する。インクでは、所定の温度、例えば約８０℃に加熱されているものの、真空経路２３を移動するに連れて温度が低下し、真空経路を塞ぐため、脱気ユニットに十分な負圧を発生させることができず、脱気性能が低下する。これを回避するため、真空経路２３の清掃や取り替えが必要になっている。

次に、本発明の脱気について説明する。
脱気ユニット２０では、従来と同様に、中空糸膜２０ａによって脱気が行われ、脱気空気が真空経路２３を通って真空ポンプ２４により吸引される。本願発明では、中空糸膜２０ａをある程度の確率で通過してしまうモノマーやゲルは一旦真空経路２３により移動するものの、貯留スペース２２によって気液分離する。貯留スペース２２では、熱源によって、例えば脱気ユニット２０と同程度の温度に加熱保持されており、モノマーやゲルが固化することなく液状の状態を保ち、真空経路２３の閉塞を防止する。また、貯留スペース２２は、脱気ユニットに取り付けまたは近接して配置されるので、脱気ユニットから貯留スペースにいたるまでの経路は、貯留物であるモノマー等の粘度を低い状態で維持するために、熱源に接触もしくは近接させて配置し、高温を維持する。
ここで、本発明おける熱源とは、例えばヒーター等が挙げられる。なお、脱気ユニットもインクを溶かす必要があるため、高温になっているので、脱気ユニットを熱源としてもよく、高温のインクも熱源としても良い。加えて、近接とは、モノマー等の粘度が高くならないように熱源で加熱される配置になっていることを示す。

モノマーやゲルが分離された脱気空気は、貯留スペース２２を超えて下流側の真空経路２３により吸引されて真空ポンプ２４により排気される。
貯留スペース２２では、次第にモノマーやゲルの貯留量が増加するので、破棄することができる。破棄に際しては、真空ポンプ２４を止め、圧力開放弁２５を開けて貯留スペース２２内を大気に戻し、さらに、開放弁２６を開くことで、貯留スペース２２内に貯留されていた流入物が、排出管２２ａに重力により移動して排出口から外部に放出される。このとき、モノマー等は高温で維持されているため粘度が低く、容易に排出することができる。貯留物の排出後に開放弁２６を閉じた後で、排出口から液滴が垂れるのを防止するために、排出口を清掃布２７で清掃することができ、その際に、放出された流入物の色素などをセンサー２８により検知することができる。
本実施形態によれば、煩雑な清掃作業を無くすことにより、機械のダウンタイムを削減する。

なお、中空糸膜は、耐久を超えて使用した場合や偶発的な要因により、インクが漏れる場合があり、通常はインクが漏れたことを検知するセンサーを各色の脱気モジュールが有しているが、清掃布に排出することにより、インクが漏れた場合には清掃布にインクが付着するため、清掃布にインクが付着したことを検知するセンサーを設けておけば、これまで各色に一つ必要であったリーク検知センサーを一つに削減することができる。

脱気ユニット２０は、取り替え可能とすることによって耐久などを考慮して容易に交換をすることが可能であり、その際に、貯留スペース２２を含めて一体に交換できるものとしてもよい。また、貯留スペース２２が流入物で満杯になる時間が脱気ユニット２０の交換域時間以上となるように、容量などを設計するのが望ましい。これにより貯留スペースにおける貯留物の排出作業を頻繁に行う必要がなくなる。貯留スペースにおける貯留物の排出または貯留スペースの交換を、脱気ユニットの交換等と同時期に行うことができるものとすれば、それぞれの作業を別々に行う必要がなくなるため、インクジェット画像形成装置のダウンタイム時間を少なくすることができる。

以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明の範囲を逸脱しない限りは本実施形態に対する適宜の変更が可能である。

２ 搬送ベルト
３ａ 駆動ローラー
３ｂ 従動ローラー
４ 押圧ローラー
５ 吸引部
６ 搬送ベルト
７ａ 駆動ローラー
８ 押圧ローラー
１０ インクタンク
１１ 供給ポンプ
１３ ヘッドユニット
１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ ヘッドユニット
１３ａ インレッ卜
１３ｂ アウトレット
１３ｃ バルブ
１４ 送液ポンプ
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ インク流路
２０ 脱気ユニット
２０ａ 中空糸膜
２１ ヒーター
２２ 貯留スペース
２２ａ 排出管
２３ 真空経路
２４ 真空ポンプ
２５ 圧力開放弁
２６ 開放弁
２７ 清掃布
２８ センサー
１３０ キャリッジ
１４０ キャリッジ
Ｐ 記録媒体

Claims (12)

1. インク流路と、
   前記インク流路の途中に設けられ、一方の面が前記インク流路内のインクと接触する気体透過性の脱気膜を有する脱気ユニットと、
   前記脱気ユニットを真空にする真空吸引部と、
   前記真空吸引部と前記脱気ユニットを結ぶ真空経路を有し、
   前記真空経路は、前記脱気ユニット内で前記脱気膜のインクと接触する面側とは反対の面側で真空にするように配置され、
   前記真空経路の途中で、前記脱気膜および前記真空経路に流入した流入物を貯留する貯留スペースを有し、
   前記貯留スペースは、熱源による昇温保持が可能とされており、
   前記真空経路は、前記脱気ユニットの上流側が、前記脱気ユニットの下流側よりも流路断面積が大きいインクジェット画像形成装置。
2. 前記熱源は、前記貯留スペースに伝熱または輻射熱により前記貯留スペースを加熱する請求項１記載のインクジェット画像形成装置。
3. 前記熱源は、前記脱気ユニット内のインクを溶かすために用いられる請求項１または２に記載のインクジェット画像形成装置。
4. インク流路と、
   前記インク流路の途中に設けられ、一方の面が前記インク流路内のインクと接触する気体透過性の脱気膜を有する脱気ユニットと、
   前記脱気ユニットを真空にする真空吸引部と、
   前記真空吸引部と前記脱気ユニットを結ぶ真空経路を有し、
   前記真空経路は、前記脱気ユニット内で前記脱気膜のインクと接触する面側とは反対の面側で真空にするように配置され、
   前記真空経路の途中で、前記脱気膜および前記真空経路に流入した流入物を貯留する貯留スペースを有し、
   前記貯留スペースは、熱源による昇温保持が可能とされており、
   前記貯留スペース内の圧力を解放する圧力開放弁を有し、前記圧力開放弁が開放されると、前記貯留スペース内に貯められた流入物が排出可能となっており、
   前記流入物が排出される排出口を有し、前記排出口から排出された前記流入物を清掃する清掃部を有するインクジェット画像形成装置。
5. 前記流入物の排出先が前記清掃部である請求項４記載のインクジェット画像形成装置。
6. 前記清掃部は、インクヘッドのヘッド面に接触してヘッド面に付着したインクを清掃するものである請求項４または５に記載のインクジェット画像形成装置。
7. 前記清掃部は、前記ヘッド面を清掃するのに使った場所と同じ場所で前記流入物の清掃に用いられる請求項６記載のインクジェット画像形成装置。
8. 前記清掃部に排出された前記流入物の色素を検知するセンサーを有する請求項４～７のいずれか１項に記載のインクジェット画像形成装置。
9. 前記貯留スペースの内部で流入物が満タンになる期間は、前記脱気ユニットの寿命と同じかそれ以上である請求項１～８のいずれか１項に記載のインクジェット画像形成装置。
10. 前記脱気ユニットと前記貯留スペースとが、一体で交換可能である請求項９記載のインクジェット画像形成装置。
11. 前記貯留スペースは、前記脱気ユニットから着脱可能な構成である請求項１～１０のいずれか１項に記載のインクジェット画像形成装置。
12. 前記貯留スペースに貯められた前記流入物は、インクの構成物の一つであって、インク使用温度より低い温度で粘度が上昇するものである請求項１～１１のいずれか１項に記載のインクジェット画像形成装置。

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