JPH1148501A - インクジェット記録装置及びその空気抜き弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インク流路内の空気抜きを自動的に行なう空
気抜き弁を提供する。 【解決手段】 ボール１とＯリング２によって排気通路
４Ｃを開閉する弁を構成し、ボール１に空気流が作用し
ているときには該ボール１が自重で落下して弁を開いた
状態にして排気を許容し、インク流が作用しているとき
にはボール１を押し上げて弁を閉じてインクの流出を止
めるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインクジェット記録
装置に係り、インク循環流路内の空気抜き弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置は、ノズルへの
インク供給流路内に空気が混入していると動作が不安定
になる問題がある。第１に、インク供給流路内に混入し
た空気がインクビームを噴出するノズルから噴出される
と、印字に乱れが発生するだけでなく、インクビームに
振れが生じて該ノズルを備えるノズルヘッド部や印字物
や印字物を搬送するコンベア等にインクを付着させて汚
損してしまう。第２に、インク供給容器内のインク量の
変化によりインクの物性を管理する方法を取っている装
置では、空気がインク供給流路内に残留するとインク供
給容器内のインク量に誤差が発生し、インクの物性が変
化してしまう。

【０００３】このようなことから、一般のインクジェッ
ト記録装置は、インク供給流路内の空気抜きを行なって
いる。この空気抜きは、インク供給容器からノズルヘッ
ド部に至るインク供給流路とノズルヘッド部からインク
供給容器に戻るインク還流流路からなるインク循環流路
にインク供給ポンプによってインクを循環させ、流路内
の空気を押し出すようにして行なう。しかしながら、イ
ンク供給流路に介在するフィルタの上部は袋小路となっ
て空気が抜け出しにくい構造となっているために、この
フィルタの上部に手動操作の空気抜き弁を設け、フィル
タ内のインク液面の上昇具合を目視で観察しながらこの
空気抜き弁を閉じる手動操作を行なっている。

【０００４】また、ある種のインクジェット記録装置
は、空気が抜けきらなくても問題無いような手段を構造
上または制御ソフトに備えている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】フィルタ内のインクの
液面の上昇具合を目視しながら空気抜き弁を手動操作で
閉める空気抜き作業では、外部へのインク漏れや流路内
に空気が残留する不具合が生じる。しかも、インク流路
内に自動的にインクを充填することができないために、
少なくとも１人の作業者が必要である。

【０００６】また、インク流路内に空気が残留しても問
題ないようにする構造上あるいは制御ソフト上の手段
は、それぞれが複雑になる。

【０００７】本発明は、このような背景に鑑みてなされ
たもので、その１つの目的は、インク供給流路内にイン
クを充填するときの空気抜き作業を自動的に確実に行う
ことができるようにすることにある。

【０００８】本発明の他の目的は、インク供給流路内へ
のインク充填作業の総てを自動的に行えるようにするこ
とで、手作業者を不要にすることにある。

【０００９】本発明の更に他の目的は、運転中に何等か
の理由によりインク供給流路内に空気が混入した場合で
も、運転を停止し、次に運転を開始したときには混入し
ている空気を自動的に排出することができる空気抜き弁
を提供することにある。

【００１０】本発明の更に他の目的は、構造的に簡単で
安価な空気抜き弁を提供にすることにある。

【００１１】本発明の更に他の目的は、空気抜き弁を少
ないスペースに簡単に設置することができるインクジェ
ット記録装置を提供することにある。

【００１２】本発明の更に他の目的は、空気抜き弁から
排出されるインクを外部に飛散させることがないインク
ジェット記録装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、インクジェッ
ト記録装置のインク流路に設けられて該インク流路内の
空気を排出する空気抜き弁において、弁座に接触または
離れることにより排気通路を開閉する弁体は、インク流
路内からの空気流が作用している状態では弁座から離れ
た状態となって前記排気通路を開くことによりインク流
路内の空気の流出を許容し、インク流路内からのインク
流が作用すると該インクの粘性により生じる力によって
移動して弁座に接触した状態となって前記排気通路を閉
じることによりインクの流出を阻止するようにし、イン
ク流路内の空気を自動的に排出するものである。

【００１４】前記空気抜き弁は、インク流路内で最も空
気が残留し易い部所であるフィルタに設けると効果が大
きい。

【００１５】前記弁体は、インクに侵されない合成樹脂
あるいはステンレス等の材料によりボールまたは円柱等
に形成し、空気流が作用している間は自重で落下して弁
座から離れた状態となって排気通路を開き、インク流が
作用すると押し上げられて弁座に接触することによって
排気通路を閉じるようにする。

【００１６】前記弁座は、前記弁体との密着性を考慮し
てゴム等の弾性材が好ましいが、その中でもインクに侵
されないＥＰＤＭが好適である。この弁座の形状は、弁
体との密着性を考慮したものとするが、Ｏリング等を使
用するのが好適である。ただし、移動する前記弁体との
密着性を考慮して、弁体との接触部に歪みができないよ
うにＯリングの外径を固定しないで自由度を持たせてお
くことが望ましい。

【００１７】弁体と弁座を収容するインナースリーブの
内径は、弁体との間に適正なクリアランスを形成するよ
うに決定付けられるが、前記弁座の径方向の自由度より
も大き自由度を弁体に与えるようにして弁体と弁座の密
着性を良くする。

【００１８】弁ハウジングは、フィルタに取り付けたと
きに結合部からのインク漏れを防止するために、フィル
タハウジングの弁取り付け座との接触部を球面状に形成
し、取り付けネジで弁取り付け座に締め付けたときの締
め付け力が球面接触部の円周に集中的に作用して接触応
力で弁取り付け座に密着するような構造にする。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態について説明する。

【００２０】図１は、この実施形態に係る空気抜き弁を
フィルタに組み付けた状態の縦断側面図、図２はその分
解斜視図、図３は図２の上部の拡大図、図４はこの空気
抜き弁を分解した状態での縦断側面図、図５は図１のＰ
部分拡大図、図６はこの空気抜き弁の動作説明図であ
る。また、図７は、この空気抜き弁を取り付けたインク
ジェット記録装置の配管図である。

【００２１】この実施形態における空気抜き弁２０は、
下部から、インナースリーブ３、ボール１、Ｏリング
２、弁ハウジング４およびネジキャップ５によって構成
され、フィルタ６に組み込むようになっている。

【００２２】弁体として機能するボール１は、インクや
洗浄剤として使用するメチルエチルケトン等の有機溶剤
に侵食されないステンレスであるＳＵＳ３０４を使用す
るかＰＯＭ等の合成樹脂を使用して形成する。Ｏリング
２は、やはり有機溶剤に対して耐食性のあるＥＰＤＭを
用いて形成する。ボール１とＯリング２の寸法関係は、
Ｏリング２の径に対して、ボール１の径が小さすぎても
大きすぎても開閉動作およびシール性が悪くなる。Ｏリ
ング２の中心径ｄ1とボール１の直径ｄ2は、図５に示す
ように、同じ位の寸法関係であることが望ましい。

【００２３】このボール１とＯリング２は、順次、イン
ナースリーブ３のガイド孔３Ａ、Ｏリング室３Ｂに挿入
する。ガイド孔３Ａよりも小径に形成した孔３Ｃは、空
気やインクの流入口を構成する共にボール１の落下を防
ぐボール受け部を構成する。このボール１とＯリング２
とガイド孔３ＡとＯリング室３Ｂの重要な寸法関係は、
図５に示すように、Ｏリング２の外径とＯリング室３Ｂ
の内径のクリアランスａに対して、ボール１とガイド孔
３Ａのクリアランスｂは、ａ＜ｂの関係が成り立つよう
にすることである。このａ＜ｂの関係が成り立たないと
Ｏリング２とボール１の中心が合わなくなり、密閉性が
得られなくなるおそれがある。

【００２４】次に、ボール１とＯリング２を挿入したイ
ンナースリーブ３を弁ハウジング４の孔４Ｂに圧入す
る。この圧入は、インナースリーブ３の上端面が孔底４
Ａに突き当たるまで行う。この状態で、Ｏリング２はＯ
リング室３Ｂ内に収まることになるが、Ｏリング室３Ｂ
の穴の深さはＯリング２の線径よりも深くしておくこと
が大切である。穴を浅くしてＯリング２に締め代を与え
てしまうと、Ｏリング２に歪みが生じてボール１との密
着性が悪くなり、密閉性が悪くなる。４Ｃは排気通路で
ある。

【００２５】弁ハウジング４の外周に形成した球面部４
Ｄは、ネジキャップ５によってフィルタ６の弁取り付け
座６Ｄに取り付けたときに、その締め付け荷重の総てを
球面部４Ｄと弁取り付け座６Ｄのテーパ部６Ａの接触部
で受けるようにして該部分の面圧を大きくすることによ
りインクの漏れを防ぐようにする。

【００２６】ボール１、Ｏリング２、インナースリーブ
３を組み込んだ弁ハウジング４を弁取付け孔６Ｃに嵌着
し、ネジキャップ５を弁取り付け座６Ｄに取り付ける。
このとき、ネジキャップ５のネジ部５Ｂを弁取り付け座
６Ｄのネジ部６Ｂを噛み合わせてネジキャップ５を締め
付けていくと、孔５Ａに対してテーパ部４Ｅがガイドと
なって抜け止め４Ｆが引っ掛かる。抜け止め４Ｆの外径
は孔５Ａの内径より大きくしておくが、ネジキャップ５
をそのまま締め付けていくと嵌まり合う寸法関係にして
おく。そして、ネジキャップ５を回わらなくなるまで締
め付けると、孔５Ａは抜け止め４Ｆを通過して小径の係
合部４Ｇと回動自在に係合するようになる。

【００２７】４Ｈは、排気配管７を接続したときの抜け
止めである。

【００２８】このように構成された空気抜き弁を取り付
けたフィルタ６は、図７に示すように、インクジェット
記録装置に組み込まれる。図７において、インク供給タ
ンク１１に収容したインク１２は、インク供給ポンプ１
３によって加圧し、フィルタ６によって濾過した後にイ
ンク供給配管１４を介してノズルヘッド部１５に供給す
る。ノズルヘッド部１５では、ノズル１５Ａからインク
粒子を噴出して印字物に印字し、印字に使用しないイン
ク粒子はガター１５Ｂによって捕獲し、インク回収配管
１６を介してインク回収ポンプ１７によってインク供給
タンク１１に回収する。

【００２９】このようなインク循環流路内にインクを充
填するときには、インク還流弁１８を開放することによ
ってノズル１５Ａのインクを還流配管１９に還流させて
空気抜きを行なう。このとき、フィルタ６の空気抜きは
前述したような本発明の空気抜き弁２０によって実現す
る。空気抜き弁２０から排出する空気は、排気配管７に
よってインク供給タンク１１に排気するようにして排気
中に含まれるインクが外部に飛散するのを防止する。ま
た、空気抜き弁２０の動作遅れや誤動作によって流出す
るインクの飛散を防止することもできる。

【００３０】次に、本発明の空気抜き弁２０の空気抜き
動作を図６を参照して説明する。

【００３１】図６において、（ａ）は空気抜き弁２０に
流れる流体が空気のときの状態である。インクジェット
記録装置のインク循環流路内にインク供給容器１１から
インク１２を充填するときには、フィルタ６内には、先
ず下部からインクが溜まり始め、インクの充填が進むに
つれてインクの液面が上昇してくる。このとき、インク
によって押し出されるフィルタ６内の空気はボール１を
軽く押し上げて破線のように流れる。空気が流れ始める
と、ボール１に上方に押し上げるように作用する力は、
空気の粘性とガイド孔３Ａとのクリアランスと空気の流
速によって発生する力である。ボール１上のある単位面
積で考えると、空気の粘性係数をμ1、空気の流速の上
方への速度成分をｖ1、ガイド孔３Ａまでの距離をｙと
すると、ボール１を上方へ押し上げようとする力ｄＦ1
は、次の（１）式で表される。

【００３２】 ｄＦ１＝μ1・ｄｖ1／ｄｙ ……（１） この（数１）式で表される単位面積当たりの押し上げ力
ｄＦ1をボール１の全面で合計した総押し上げ力Ｆ1とボ
ール１の重力ｍｇとの関係が Ｆ1≦ｍｇ ……（２） であるように寸法関係およびインク供給ポンプ１３の流
量を設定しているおくことにより、ボール１は、図６
（ａ）に示す位置から上方に移動することはない。従っ
て、ボール１とＯリング２が接触して排気通路４Ｃを閉
じて空気の排出を妨げるようなことはない。

【００３３】更に、インクの液面が上昇し続けて空気が
抜けきって空気抜き弁２０に流入する流体がインクとな
った瞬間には、図６（ｂ）に示すように、破線で示すよ
うなインクの流れになる。そして、この流体が空気のと
きと同様に考えて、インクの粘性係数をμ2、インクの
流速の上方への速度成分をｖ2、ガイド孔３Ａまでの距
離をｙとすると、ボール１を上方へ押し上げようとする
単位面積当たりの押し上げ力ｄＦ2は、次の（３）式で
表される。

【００３４】 ｄＦ2＝μ2・ｄｖ2／ｄｙ ……（３） この（３）式で表される押し上げ力ｄＦ2をボール１の
全面で合計した総押し上げ力Ｆ2とボール１の重力ｍｇ
との関係が Ｆ2≧ｍｇ ……（４） となるような寸法関係およびインク供給ポンプ１３の流
量にしておけば、ボール１を上方へ押し上げてＯリング
２に接触し、排気通路４Ｃを閉じてインクの流出を止め
る。そうすると、インクの流れ総押し上げ力Ｆ2は０に
なるが、インクを供給するインク供給ポンプ１３は動作
し続けるために、フィルタ６内の圧力は更に上昇し、こ
の圧力により図６（ｃ）に示すようにボール１をＯリン
グ２に押し付ける押力が増大するのでボール１が下方に
落下することはなく、インクが排気通路４ｃから流出す
るようなことはない。

【００３５】本発明の空気抜き弁２０は、このように動
作するために、従来のようにフィルタ６におけるインク
の液面の上昇具合を観察しながら空気抜き弁を手動で閉
めるといった作業は不要となり、自動的にインク供給流
路内の空気を排除することができる。また、空気抜き弁
２０にインクが流入した瞬間から、該空気抜き弁２０が
閉じた状態になるまでのボール１のストロークによる遅
れが発生するために、初期的にはインクが空気抜き弁２
０の排気通路４Ｃに流出することが考えられるが、空気
抜き弁２０の排気通路４Ｃは排気配管７によってインク
供給容器１１に接続してあるので、インクが外部に漏れ
ることはない。

【００３６】また、この空気抜き弁２０は、装置の運転
を停止することによりインク供給ポンプが停止すると、
インク供給流路内の圧力が低下するのでボール１が自重
により落下して排気通路４Ｃを開く。従って、運転中に
インク供給流路に混入した空気は、次の運転開始時に前
述したインク充填時と同様にして排出することができ
る。このような空気抜き機能は、インク供給容器内のイ
ンクの量に基づいくインクの物性管理の精度の低下を防
止することができる。

【００３７】ボール１のストロークに関しては、空気抜
き弁２０が開いている状態のときに大きな圧力損失とな
って流量を低下させない程度の流路面積を確保すること
と、空気が抜けきったときにインクが排気通路４Ｃに流
出するのを最小限に押えるために、無駄に大きくしない
ことを考慮して設計する。

【００３８】空気抜き弁２０は、以上のように、フィル
タ６内に空気があるときには開いた状態になって該空気
を流通させて排出し、空気が抜けきってインクが満ちて
該インクが流通するようになると途端に閉じた状態にな
る。

【００３９】この空気抜き弁２０で重要なことは、空気
とインクの粘性係数および流量の違いでボール１が移動
して弁が開閉するように諸寸法関係およびインク流量ポ
ンプ１３の流量を設定することである。

【００４０】なお、Ｏリング２の代わりに弾性シートを
用いたり、ボール１との密着性が得られるように精度良
く仕上げた金属や合成樹脂を用いたり、また、ＳＵＳを
使用したボール１の代わりに合成樹脂のボールや円柱状
の弁を用いたりしてもよいことは言うまでもない。

【００４１】前述した実施形態は、フィルタ６からの空
気抜きに空気抜き弁２０を使用するものであるが、その
他のインク流路の空気残留部に設置しても同様な空気抜
きを行なうことができる。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、次に述べるような効果
が得られる。

【００４３】（１）空気抜き弁は、弁体に作用する流体
が空気であるときには排気通路を開いて排気し、インク
であるときには排気通路を閉じてインクの流出を止める
ように構成したので、インク流路内の空気抜きを自動的
に確実に行なうことができる。

【００４４】（２）空気抜き弁は、インク供給ポンプに
よって供給されるインクによって空気抜き動作を行なう
ので、インク供給流路内へのインク充填作業の総てを自
動的に行なうことができ、手作業者が不要になる。

【００４５】（３）インクジェット記録装置の運転中に
インク流路に空気が混入したときには、運転を停止し、
次に運転を開始したときには、混入している空気を空気
抜き弁が自動的に排出することができるので、インク流
路に空気が蓄積してインク供給容器内のインク量に誤差
が発生するのを防止することができる。従って、インク
供給容器内のインク量に基づいてインクの物性を管理す
る方法を取っている装置において誤差が生じる要因を低
減することができる。

【００４６】（４）空気抜き弁をフィルタに取り付けて
インクジェット記録装置に組み込むようにしたので、省
スペース化と取り付け作業の省力化をはかることができ
る。

【００４７】（５）空気抜き弁は、弁体となるボールと
弁座となるＯリングを使用するようにしたので、構造的
に簡単に構成することができ、低コスト化をはかること
ができる。

【００４８】（６）空気抜き弁の排気通路をインク供給
容器に配管したことにより、排気通路からの排気に含ま
れるインクや動作遅れにより流出するインクの飛散を防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る空気抜き弁をフィル
タに組み付けた状態を示す縦断側面図である。

【図２】図１に示した空気抜き弁の分解斜視図である。

【図３】図２の上部の拡大図である。

【図４】図１に示した空気抜き弁を分解した状態での縦
断側面図である。

【図５】図１のＰ部分拡大図である。

【図６】本発明の一実施形態に係る空気抜き弁の動作説
明図である。

【図７】本発明の空気抜き弁を取り付けたインクジェッ
ト記録装置の配管図である。

【符号の説明】

１ ボール ２ Ｏリング ３ インナースリーブ ４ 弁ハウジング ５ ネジキャップ ６ フィルタ ６Ｄ 弁取り付け座

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクジェット記録装置の配管系に設け
   られ、弁体の下面側にインク流路内の空気が存在してい
   るときには、弁座から離れた状態になって前記空気の弁
   体と弁座のギャップ間からの流出を許容し、前記弁体に
   インクが接触した状態になると、インクの粘性によって
   押し上げられて前記弁座に接触し、前記ギャップを閉鎖
   してインクの流出を阻止することを特徴とするインクジ
   ェット記録装置の空気抜き弁。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記弁体をボールと
   し、弁座にＯリングを用いたことを特徴とするインクジ
   ェット記録装置の空気抜き弁。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記ボールはステン
   レスで形成し、ＯリングはＥＰＤＭで形成したことを特
   徴とするインクジェット記録装置の空気抜き弁。
4. 【請求項４】 請求項２において、前記Ｏリングを配置
   空間に移動可能に設置したことを特徴とするインクジェ
   ット記録装置の空気抜き弁。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれか１項におい
   て、前記弁体は、空気流が作用している間は自重で落下
   して弁座から離れた状態になることを特徴とするインク
   ジェット記録装置の空気抜き弁。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれか１項におい
   て、弁取り付け座と接触する弁ハウジングの接触部を球
   面状に形成し、取り付けネジにより前記弁ハウジングを
   前記弁取り付け座に締め付けたときの締め付け力が球面
   状接触部の円周に集中的に作用する接触応力で弁取り付
   け座に密着するようにしたことを特徴とするインクジェ
   ット記録装置の空気抜き弁。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれか１項に記載
   した空気抜き弁をインク流路における空気残留部に設置
   したことをインクジェット記録装置。
8. 【請求項８】 請求項１ないし６のいずれか１項に記載
   した空気抜き弁をインク供給流路に設置したフィルタに
   取り付けたことを特徴とするインクジェット記録装置。
9. 【請求項９】 インク供給容器内のインクをインク供給
   ポンプによって加圧してインク供給流路を介してノズル
   ヘッド部に供給するようにしたインクジェット記録装置
   において、前記インク供給流路に請求項１ないし６のい
   ずれか１項に記載した空気抜き弁を設置すると共に前記
   空気抜き弁の排気通路の出口を前記インク供給容器に配
   管したことを特徴とするインクジェット記録装置。
10. 【請求項１０】 請求項９において、前記インク供給流
    路にフィルタを備え、前記空気抜き弁は、このフィルタ
    に取り付けたことを特徴とするインクジェット記録装
    置。