JP2009292010A - インクジェットヘッドのインク充填装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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インクジェットヘッドとは反対側に逃がすことができるようにすることにより、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に設けられ、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は、チューブ３を押し挟むための一対の押圧体５１、５２のうちの片側の押圧体５２におけるチューブ３とのコンタクト面が、閉動作時におけるチューブ３との最初の接触部位５２ｂを基準としてチューブ３の長手方向に対してインク供給方向の上流側に向けて傾斜するテーパー面５２ａとされていることを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

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。

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。

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による閉止（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。

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。

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流出し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。

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、開閉動作時のインクの移動によって生じる問題点を解決することの開示はない。
特開平６−１４３５９５号公報

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インクジェットヘッドとは反対側に逃がすことができるようにすることにより、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。

本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

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、前記ピンチバルブは、前記チューブを押し挟むための一対の押圧体のうちの片側の押圧体における前記チューブとのコンタクト面が、閉動作時における前記チューブとの最初の接触部位を基準として前記チューブの長手方向に対してインク供給方向の上流側に向けて傾斜するテーパー面とされてい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。

請求項２記載の発明は、前記ピンチバルブは電磁弁により作動す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。

請求項３記載の発明は、前記テーパー面の傾斜角度をθ、前記チューブの肉厚をｄ、前記片側の押圧体における前記チューブとのコンタクト面の幅をｗとしたとき、０＜ｔａｎθ≦ｄ／２Ｗの条件を満たす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。

請求項４記載の発明は、前記ピンチバルブの閉止時における前記一対の押圧体同士の最大離間距離Ｌは、前記チューブの肉厚ｄに対し、Ｌ≦２ｄであることを特徴とする請求項１、２又は３記載のインクジェットヘッドのインク充填装置である。

請求項５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１〜４のいずれかに記載のインクジェットヘッドのインク充填装置である。

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インクジェットヘッドとは反対側に逃がすことができ、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。

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。

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図、図２はピンチバルブを示す側面図、図３はピンチバルブの押圧体を示す断面図である。

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。

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。

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。

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、供給ポンプ４が停止した後のインクの非供給時に、チューブ３を両側から押し挟んで供給経路を閉じ、インク供給時に開放することでインクの供給を可能としている。

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、電磁弁からなるバルブ本体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。

この他方の押圧体５２は、チューブ３に面する側面（コンタクト面）がテーパー面５２ａとされている。テーパー面５２ａは、図３に示すように、ピンチバルブ５の閉動作時におけるチューブ３との最初の接触部位である先端部５２ｂを基準としてチューブ３の長手方向に対してインク供給方向の上流側である送液側に向けて傾斜している。

このような押圧体５２を有するピンチバルブ５の作用について、従来のピンチバルブと比較しつつ説明する。

図４（Ａ）〜（Ｃ）は本発明に使用されるピンチバルブ５の動作を示す説明図、図５はそのときのチューブ３内のヘッド側及び送液側へそれぞれ移動するインク量を示すグラフであり、図６（Ａ）〜（Ｃ）は従来のピンチバルブの動作を示す説明図、図７はそのときのチューブ内のヘッド側及び送液側へそれぞれ移動するインク量を示すグラフである。

まず、図６に示す従来のピンチバルブは、それぞれチューブ２００に面する側面が平坦面とされた一対の押圧体１００、１０１を有しており、そのうちの図示上方に位置する押圧体１０１が押圧体１００に対して接離移動可能とされている。このようなピンチバルブでチューブ２００を閉じる場合、押圧体１０１はヘッド側及び送液側に対称形状であるため、図６（Ａ）の開始期から図６（Ｂ）の中間期を経て図６（Ｃ）の終期に至るにつれ、押圧体１０１によって押し潰されることによって生じた容積変動部（ア）と（イ）、（ウ）と（エ）は、押圧体１０１の押圧部位のほぼ中央部に対してそれぞれ左右対称となり、図７に示すように、最終的にはヘッド側及び送液側にそれぞれ同量のインクが移動することになる。このうち、ヘッド側に移動したインクが、インクジェットヘッドの内圧を高め、ノズルから不意にインクを流出させる問題を引き起こす。

また、チューブ２００を開く場合は、これとは逆に、押圧体１０１がチューブ２００を開放することによって、ヘッド側及び送液側からそれぞれ同量のインクが両者ほぼ同時に押圧部位の中央に向けて移動することになる。このうち、ヘッド側から移動するインクが、インクジェットヘッドの内圧を低くし、ノズルから空気を侵入させる問題を引き起こす。

これに対し、本発明に使用されるピンチバルブ５は、押圧体５２が送液側に向けて傾斜するテーパー面５２ａを有し、ヘッド側及び送液側に非対称形状であるため、押圧体５２の先端部５２ｂがチューブ３の外壁に接触する図４（Ａ）の開始期から流路が閉じ始める図４（Ｂ）の中間期に至る過程で、押圧体５２の先端部５２ｂによって形成されるチューブ３の内壁先端部３ａに対して、チューブ３の内壁面も左右非対象形状となり、ヘッド側の傾斜内壁面３ｂよりも送液側の傾斜内壁面３ｃの方が緩い傾斜面を形成する。従って、チューブ３内における押圧体５２による押圧部位のインクは、押圧体５２の押し込み動作に伴って、傾斜内壁面３ｃ側である送液側に向けてより多く移動させられる。このため、図５に示すように、押圧体５２によって押し潰されることによって生じたヘッド側の容積変動部（ア）よりも送液側の容積変動部（イ）の方が大きくなり、送液側により多くのインクが逃げることになる。

なお、押圧体５２による押圧部位に対応するチューブ３の内壁面には、インクの流路に対して抵抗となるような突起物は何も形成されていない。

ここで、ピンチバルブ５の一対の押圧体５１、５２は、図４（Ｃ）に示すように、押圧体５２が最も押圧体５１側に移動した閉止時において、押圧体５１の表面とテーパー面５２ａの最低部５２ｃとの間が最も離間している。この最大離間距離Ｌは、チューブ３の管壁の肉厚ｄに対して、Ｌ≦２ｄの関係を有している。従って、ピンチバルブ５の閉止動作は、このテーパー面５２ａの最低部５２ｃと押圧体５１との間で、チューブ３の内壁面同士が完全に接触した状態となったときに終了する。

これにより、内壁先端部３ａの部位においてチューブ３の対向する内壁面同士が接触した後は、図４（Ｃ）の終期に至るまで、押圧体５２が更にチューブ３を押し込んでいき、チューブ３の管壁自体が弾性変形し、チューブ３の長手方向に沿う押圧体５２の幅ｗの全域に亘ってチューブ３の内壁面同士が接触する。

この押圧体５２の全幅に亘るチューブ３の内壁面同士の接触が完了するまで、送液側の傾斜内壁面３ｃは弾性変形し続け、この間、インクの移動が継続されるが、これに対してヘッド側の傾斜内壁面３ｂの弾性変形は少ないため、ヘッド側に移動するインク量は極めて微量となる。この結果、図５に示すように、最終的には送液側に移動するインク量に比べてヘッド側に移動するインク量が小さくなり、ヘッド側に移動したインクによるインクジェットヘッドの内圧の増加が著しく抑えられ、ノズルから不意にインクが流出する現象は生じなくなる。

また、これとは逆に、図４（Ｃ）の状態から押圧体５２がチューブ３を開放する方向に移動すると、図４（Ｂ）の状態になるまで、チューブ３の内壁先端部３ａは対向する内壁面と接触したままで流路を開放せず、送液側の傾斜内壁面３ｃ側が徐々に対向する内壁面から離れていき、これに伴って送液側から押圧部位に向けてインクが移動し始める。このとき、ヘッド側から押圧部位に向けたインクはほとんど移動しない。

その後、図４（Ｃ）の状態から図４（Ａ）の状態になると、ヘッド側からも押圧部位に向けてインクが移動するが、送液側から移動するインク量に比べて著しく少ないため、インクジェットヘッドの内圧の低下が著しく抑えられ、ノズルから空気を侵入させる現象は生じなくなる。

このように本発明によれば、ピンチバルブ５のバルブ本体５３として、開閉動作が瞬間的に行われる電磁弁を用いても、ピンチバルブ５の開閉動作に伴うチューブ３内のインクの移動をインクジェットヘッド１とは反対側に多く逃がすことができ、ノズル１１からの空気侵入やノズル１１からの不意なインク流出を防止することができる。

かかる作用を有効に発揮する上で、押圧体５２のテーパー面５２ａの傾斜角度をθ、チューブ３の肉厚をｄ、押圧体５２におけるチューブ３とのコンタクト面の幅をｗとしたとき、０＜ｔａｎθ≦ｄ／２Ｗの条件を満たすことが好ましい。

すなわち、図８に示すように、押圧体５２の先端部５２ｂと最低部５２ｃとの高低差をＴとすると、この高低差Ｔはチューブ３の管壁の肉厚ｄとの関係で、０＜Ｔ≦ｄ／２とすることが好ましい。この高低差Ｔが大きいと（押圧体５２の先端部５２ａが尖っていると）、押圧体５２がチューブ３を押し込んで管壁同士が突き当たった際に隙間ができて閉状態を保てなくなるおそれがある。チューブ３の弾性以上に押し込むことはできないためである。このときｔａｎθ＝Ｔ／Ｗであるから、このｔａｎθは、上記の通り０＜ｔａｎθ≦ｄ／２Ｗの条件を満たすことが好ましいことになる。この条件を満たす場合は、確実に隙間なくチューブ３を閉止させることができる。

具体的なテーパー面５２ａの傾斜角度θは、チューブ３の肉厚にもよるが、１〜２０°が好ましく、より好ましくは１〜１０°とすることである。

また、コンタクト面の幅ｗの具体例としては、２〜１０ｍｍが好ましい。

本発明者の実験によれば、高低差Ｔ＝０．３ｍｍ、コンタクト面の幅Ｗ＝５ｍｍ、チューブ３の管壁の肉厚ｄ＝１ｍｍとした場合、ｔａｎθ＝０．０６（θ＝３．４°）となって上記の条件を満たすものとなり、これを電磁弁の押圧体に用いてインク流路となるチューブを開閉するピンチバルブを構成した場合、インクジェットヘッドからの空気の侵入やノズルからの不意なインク流出が生じることなく、流路を確実に閉止することができた。

本発明においては、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ため、本発明による効果が顕著に得られる。

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、ピンチバルブ５を使用することによる効果が顕著に発揮されるようになる。

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 ピンチバルブを示す側面図 ピンチ部を示す断面図 （Ａ）〜（Ｃ）は本発明に使用されるピンチバルブの動作を示す説明図 図４（Ａ）〜（Ｃ）におけるチューブ内のヘッド側及び送液側へそれぞれ移動するインク量を示すグラフ （Ａ）〜（Ｃ）は従来のピンチバルブの動作を示す説明図 図６（Ａ）〜（Ｃ）におけるチューブ内のヘッド側及び送液側へそれぞれ移動するインク量を示すグラフ 押圧体の形状を示す図

符号の説明

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
３ａ：内壁先端部
３ｂ：ヘッド側の傾斜内壁面
３ｃ：送液側の傾斜内壁面
４：供給ポンプ
５：ピンチバルブ
５１、５２：押圧体
５２ａ：テーパー面
５２ｂ：先端部
５２ｃ：最低部
５３：バルブ本体
５４：駆動軸
６：弁制御部

Claims (5)

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、
   前記ピンチバルブは、前記チューブを押し挟むための一対の押圧体のうちの片側の押圧体における前記チューブとのコンタクト面が、閉動作時における前記チューブとの最初の接触部位を基準として前記チューブの長手方向に対してインク供給方向の上流側に向けて傾斜するテーパー面とされてい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。
2. 前記ピンチバルブは電磁弁により作動す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。
3. 前記テーパー面の傾斜角度をθ、前記チューブの肉厚をｄ、前記片側の押圧体における前記チューブとのコンタクト面の幅をｗとしたとき、
   ０＜ｔａｎθ≦ｄ／２Ｗ
   の条件を満たす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。
4. 前記ピンチバルブの閉止時における前記一対の押圧体同士の最大離間距離Ｌは、前記チューブの肉厚ｄに対し、Ｌ≦２ｄであることを特徴とする請求項１、２又は３記載のインクジェットヘッドのインク充填装置。
5. 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１〜４のいずれかに記載のインクジェットヘッドのインク充填装置。

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