JP2000318187A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクジェットヘッド１へインクを最初に充
填する際、ヘッド流路内の気泡を除去するための時間が
長く、そのため印刷に寄与しないで排出される無駄なイ
ンク量が多かった。 【解決手段】 バルブ３を管部材８２と８４が連通する
状態でポンプ４を動作させた後、バルブ３を管部材８３
と８４が連通する状態として、ポンプ４によりキャップ
２からインクを吸引してインクをインクタンク６からイ
ンクジェットヘッド１へインクを充填するインクジェッ
ト記録装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、記録を必要とする
時にのみインク液滴を吐出して記録紙上に付着させるイ
ンクジェット記録装置に関する。さらに詳しくは、本発
明はインクの充填またはノズル部で増粘したインクを排
出または循環させるインクジェット記録装置のインクの
循環系に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にインクジェットヘッドは、インク
を加圧してインク滴を吐出するための圧力発生室を備え
ており、その一端はインク供給路を経てインクタンクに
連通し、他端にはインク滴を吐出させるノズル開口が設
けられている。そして、圧力発生室の一部を変形しやす
く形成してダイヤフラムとして用い、これを電気機械変
換手段によって弾性変位させることによってノズル開口
からインク滴を吐出する圧力を発生させている。

【０００３】このようなインクジェットヘッドを用いた
記録装置は低騒音、低消費電力等の優れた特徴を有し、
情報処理装置用の出力装置として広く普及している。そ
の反面、インクジェットプリンタに於いては、ノズル目
詰まりやドット抜けに対する信頼性の低下が課題となっ
ていた。

【０００４】従来、これらインクジェットヘッドのノズ
ルの目詰まりを防止するために印刷開始前、ないしは印
刷の休止期間中にポンプによりインク及び気泡をインク
ジェットヘッド外へ排出する動作を行っていた。いわゆ
るクリーニングを行っていた。即ち、ヘッドを駆動しな
い状態で長時間プリンタを放置した場合、ヘッド先端の
ノズルよりインクの溶媒である水分等が蒸発し、その部
分のインクの粘度が上昇し、印刷の際にインクが吐出し
なくなったり、吐出しても本来の大きさやスピードのイ
ンク滴が吐出されなくなる、いわゆるノズル目詰まりを
防止するためと、インクの粘度が上昇することにより、
ノズルに対するインクのリフィル速度が遅くなり、吐出
インク量に対してリフィル量が追いつかず、インクの中
に気泡が混入することでインク滴が吐出されなくなる、
いわゆる不吐出状態を防止するためにクリーニングを行
っている。

【０００５】しかしながら、これらのクリーニング動作
では印刷に寄与しない大量なインクを消費してしまうた
め、インクの寿命が短くなってしまうといった更なる課
題があった。

【０００６】使用インクの寿命が短いといった課題を解
決するため従来ＵＳＰ４，３８０，７７０等が提案され
ていた。これは、ポンプによるインク循環システムを有
するインクジェットプリンタで、気泡等をインクジェッ
トヘッドより排出する際に消費するインクを再度インク
を貯留しているインクタンクに循環させて復帰させて、
印刷に寄与しないインクを消費しないようにインクジェ
ット記録装置を構成したものであった。

【０００７】しかしながら、上述のポンプによるインク
循環システムを有するインクジェットプリンタではノズ
ル部で増粘したインクによる不吐出状態を回避すること
は困難であった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】加えて、近年、微小な
インク滴により印刷を行い、より緻細な印刷品位を得る
ために、ノズルの大きさを小さくし、インク流路の流路
抵抗を大きくする必要が生じている。これらの必要性に
対して、従来の技術の適用のみでは、インクの増粘によ
る不良インクや残留する気泡を除去することは難しかっ
た。即ち、ノズルの大きさを小さくし緻細な印刷品位を
実現し、インクの不吐出状態の回避し、印刷に寄与しな
い不要インクの消費を低減するといった要求を、従来の
技術により、一度に満足させるためには、インクの吸引
に要する圧力を必然的に大きくせざるを得ず、そのため
のポンプとして、大きくかつ高出力のものが必要であっ
た。このため、記録装置全体の大きさが大きくなってし
まうという課題があった。

【０００９】本発明の目的は、これら従来の技術におけ
る課題に鑑み、低出力のポンプでインクジェットヘッド
のインク流路内に残留した気泡や増粘インクを効率良く
排出可能で、安定した高品位な印刷が可能で、かつ小型
で、インクの寿命が長いインクジェット記録装置を提供
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
記録装置は、インクを吐出する複数のインクノズルと、
該複数のインクノズルに連通する共通インク室と、該共
通インク室に開口したインク流出口とインク流入口を有
するインクジェットヘッドと、インクを保持し、収容す
るインクタンクと、該インクタンクと前記インクジェッ
トヘッドのインク流入口とを連結する第１の管部材と、
前記インクノズルを覆うキャッピング手段と、一端が前
記インクジェットヘッドのインク流出口に接続した第２
の管部材と、一端が前記キャッピング手段に接続した第
３の管部材と、インクを圧送するためのポンプが設けら
れた第４の管部材と、前記第２乃至４の管部材が連結さ
れ、前記第２の管部材の他端が第４の管部材に接続した
状態と、第３の管部材の他端が第４の管部材に接続した
状態とを切り換える切り換え手段とを有することを特徴
とする。

【００１１】更に、本発明のインクジェット記録装置
は、前記ポンプと前記切り換え手段とを駆動制御する制
御手段を備え、インクを前記インクタンクから前記イン
クジェットヘッドに充填する際には、前記制御手段が前
記切り換え手段により、前記共通インク室にインクを充
填した後、インクノズルにインクを充填することを特徴
とする。

【００１２】更に、本発明のインクジェット記録装置
は、前記第４の管部材内を流れる排出インクの一部を収
容する第２のインクタンクを備え、前記第４の管部材に
は、前記排出インクが前記インクタンクに流入する状態
と、前記排出インクが前記第２のインクタンクに流入す
る状態とに切り換える第２の切り換え手段が設けられて
いることを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態を説明する。

【００１４】図１は本発明のインクジェット記録装置の
インクの循環経路の構成を示す説明図である。図１にお
いて、１は印刷時に適時インク液滴を吐出するためのイ
ンクジェットヘッドを示す。本実施の形態では静電アク
チュエータを適用したタイプのインクジェットヘッドを
用いている。２はインクジェットヘッド１のインクノズ
ルを覆うキャッピング手段であるところのノズルキャッ
プである。３はインクの流れを切り換える切り換え手段
であるところのバルブである。４はインクを圧送するた
めのポンプ手段であるところのポンプである。

【００１５】ここで、ポンプ４は本願人らにより特願平
９-１７６２２９に提案されているチューブポンプでも
よく、また、特公平３-６１５９３にて提案されている
蛇腹ポンプでもよい。ポンプ４としてチューブポンプを
適用すれば、ポンプを構成する部品点数が少なく、適用
するポンプを製造が容易で小型なポンプとすることがで
きる。

【００１６】５は排出インクの一部を収容する第２のイ
ンクタンク部材であるところの廃液タンクである。６は
インクを保持し、収容するインクタンク部材であるとこ
ろのインクタンクである。７はインクの流れを切り換え
る第２の切り換え手段であるところの第２バルブであ
る。また、８１〜８７は管部材であるところのチューブ
である。

【００１７】インクタンク６からインクジェットヘッド
１のインク取り入れ口へは第１の管部材であるチューブ
８１を介して配管され、インクタンク６からインクジェ
ットヘッド１へインクが供給される。インクジェットヘ
ッド１のインク取り出し口とバルブ３は第２の管部材で
あるところのチューブ８２を介して配管されている。ま
た、ノズルキャップ２とバルブ３は第３の管部材である
チューブ８３により配管される。

【００１８】バルブ３とポンプ４は第４の管部材である
チューブ８４により配管される。ポンプ４はインクジェ
ットヘッド１のノズルまたはインク取り出し口からイン
クを吸引して排出する。

【００１９】ポンプ４と第２バルブ７はチューブ８５に
より配管される。更に、第２バルブ７はチューブ８６に
よりインクタンク６へ、また、チューブ８７により廃液
タンク５へ配管される。ポンプ４で吸引されたインクは
第２バルブ７により廃液タンクへ排出されるか、インク
タンク６へ圧送される。インクタンク６へ圧送されたイ
ンクは再度インクジェットヘッド１へ供給される。

【００２０】ポンプ４に前述のチューブポンプを適用し
た場合には、チューブ８４の一部にポンプ４を付設し、
チューブ８４の一端はバルブ３へ他端を第２バルブ７へ
配管する。ポンプ４としてチューブポンプを用いれば、
チューブ８５は省略することができるので、配管を簡易
に行うことができる。

【００２１】更に、ポンプ４で吸引されたインクを排出
せずに全てインクタンク６へ圧送する場合は、廃液タン
ク５、第２バルブ７、チューブ８６、８７は省略可能で
あり、配管は更に簡易に行うことができる。

【００２２】インクジェットヘッド１、ノズルキャップ
２、バルブ３、ポンプ４、廃液タンク５、インクタンク
６、第２バルブ７はそれぞれ前述の様にチューブ８１〜
８６によって配管されて、インクジェット記録装置のイ
ンク循環システムを構成している。

【００２３】このうち、バルブ３及び第２バルブ７は図
示していない切り換え制御手段であるところの制御回路
に電気的に接続されて制御される。また、インクジェッ
トヘッド１はヘッド制御手段により、ポンプ４はポンプ
制御手段によりそれぞれ制御される。

【００２４】バルブ３は電動コックとなっていて、通
常、インクがチューブ８２からチューブ８４へと流れる
様にインクの流れを規制している。（ノーマルオープン
状態）このとき、インクはポンプ４の動作によりインク
ジェットヘッド１のインク取り出し口から吸引され、ポ
ンプ４へ流入する。バルブ３は前述の制御手段からの入
力により、インクがチューブ８３からチューブ８４へと
流れる様にインクの流れを規制する。（動作状態）この
ときインクはインクジェットヘッド１のノズルからノズ
ルキャップにより吸い出され、インクチューブ８３、イ
ンクチューブ８４を経てポンプ４へ流入する。バルブ３
は如何なる場合でも、チューブ８３とチューブ８２を同
時に連通させることがない構造となっている。バルブ３
は適時制御手段により動作し、インク循環システムのイ
ンクの流れを規制している。

【００２５】第２バルブ７はバルブ３と同様、電動コッ
クとなっている。第２バルブ７は通常、インクがチュー
ブ８５からチューブ８６へ流入する様にインクの流れを
規制している。（ノーマルオープン状態）このとき、第
２バルブ７により、ポンプ４から圧送されたインクはチ
ューブ８５、チューブ８６を経て、インクタンク６へ戻
される。第２バルブ７は前述の制御手段からの入力によ
り、インクがチューブ８５からチューブ８７へと流れる
様にインクの流れを規制する。（動作状態）このとき、
インクは、ポンプ４から圧送されて、廃液タンク５へ排
出される。第２バルブ７は適時制御手段により動作し、
インク循環システムのインクの流れを規制している。

【００２６】制御手段によりバルブ３と第２バルブ７と
を同時に制御し、それぞれのバルブを動作状態とするこ
とにより、インクジェットヘッド１のノズルから吸引さ
れた粘度が増加したインクを選択的に廃液タンク５へ排
出することができる。

【００２７】また、バルブ３と第２バルブ７の双方がノ
ーマルオープン状態にてポンプ４を動作させることによ
り、比較的低い流路抵抗によりポンプ４の負荷を増大さ
せることなく、十分なインク流量を発生し、かつ、印刷
に寄与しない不要なインクを消費せずに、インクをイン
クジェットヘッド１及びこれらインクの循環システムへ
導き、インクジェットヘッド１及び、インク循環システ
ム内の管路に残留した気泡を取り除くことが可能とな
る。

【００２８】図２は本発明のインクジェット記録装置の
実施の形態で適用したインクジェットヘッド１の斜視略
図である。図２において、１１はノズルである。ノズル
１１はインクジェットヘッド１の端面に開口し、直線上
に並んでいる。ノズル１１の数は１０００を超える。イ
ンクジェットヘッド１はラインインクジェットヘッドを
構成しており、インクジェット記録装置に搭載されて固
定され、ノズル１１からインクを噴射させ、ノズル１１
に対向させて紙等の印刷媒体を移動させて（送っくて）
噴射されたインクを付着させることにより、印刷を行
う。

【００２９】ノズルキャップ２はインクジェットヘッド
１が使用されない時とインクジェットヘッド１内のイン
クをノズル１１から吸引する時には、ノズル１１が開口
する面（ノズル面）に密着している。ノズルキャップ２
はインクジェットヘッド１の未使用時のノズル１１から
のインクの溶媒の蒸発を防止すると同時にインク吸引の
際と予備吐出（印刷の直前又は直後に行われるインク吐
出）したインクの受けとして機能する。

【００３０】ノズルキャップ２はインクジェットヘッド
１がノズル１１からインクを噴射して印刷を行う際に
は、適時、ノズル面から離脱される。ノズルキャップ２
はノズル面からの脱着機構によりノズル面からの脱着が
可能なように構成されている。

【００３１】１２は圧力を発生させるキャビティ等の流
路となる溝が形成されたキャビティ基板である。１３は
ノズル１１等の流路となる溝が形成されたノズル基板
で、１４は電極が形成さている電極ガラス基板である。
インクジェットヘッド１１はこれらノズル基板１３、キ
ャビティ基板１２と電極ガラス基板１４を積層して接合
することにより構成されている。

【００３２】１７１はインク取り入れ口で、１７２はイ
ンク取り出し口である。インク取り入れ口１７１にはチ
ューブ８１が接着剤などにより接合され、インクジェッ
トヘッド１へインクを供給する。また、インク取り出し
口１７２へはチューブ８２が同じく接着剤等により接合
され、インクジェットヘッド１からインクを吸引し、排
出することができる。

【００３３】１６１は電極ガラス基板１４に形成された
個別電極の接続部であり、１６２はキャビティ基板１２
に形成された共通電極である。個別電極１６１と共通電
極１６２は、インクジェットヘッド１の制御回路に電気
的に接続される。

【００３４】図３は本発明のインクジェット記録装置の
実施の形態で適用した図２に示すインクジェットヘッド
１のインク流路部分のＡ−Ａ断面略図である。本発明の
実施の形態ではインクジェットヘッド１の駆動方式とし
て静電アクチュエータを利用した静電駆動インクジェッ
トヘッドを適用した。本発明に適用するインクジェット
ヘッドの駆動方式としては、サーマルインクジェット方
式であっても、圧電素子による方式であってもよい。静
電駆動方式のインクジェットヘッドは駆動時にノズル当
たりで消費する電力が他の駆動方式に比べて小さく、多
ノズル化における駆動消費電力の増大や、発熱量の増大
の課題がない。静電駆動方式は多ノズル化により実現さ
れる、図２に図示した様な長尺のラインインクジェット
ヘッドの駆動方式としては好適である。

【００３５】図３において、キャビティ基板１２は（１
１０）方位の単結晶シリコン基板に異方性エッチングに
より流路溝等を形成している。また、ノズル基板１３は
（１００）方位の単結晶シリコン基板に異方性エッチン
グにより溝加工して流路溝を形成されてある。

【００３６】１５１はキャビティで、１５３は共通イン
ク室である。キャビティ１５１及び共通インク室１５３
は、キャビティ基板１２にエッチングにより溝加工して
設けられる。１５２は供給口で、ノズル１１と共にノズ
ル基板１３のエッチングによる溝加工して設けられる。
ノズル１１、キャビティ１５１、供給口１５２は連通し
てインク流路１５を構成している。共通インク室１５２
は複数のインク流路１５に連通し、各インク流路にイン
クを供給している。また、共通インク室１５３はインク
取り入れ口１７１とインク取り出し口１７２に連通して
いる。

【００３７】１８はフィルタで、チューブ８１からイン
クに混入されて流入する異物がインク流路１５へ流入
し、ノズル１１等のインク流路１５内の狭部を閉塞して
インクジェットヘッド１が使用不能となることを防止し
ている。

【００３８】１６５はキャビティ１５１の底の壁面に設
けられた振動板である。１６６は電極ガラス基板に、振
動板１６５に対向して設けられた溝である。１６１は振
動板１６５に対峙し、溝１６６の中に設けられている個
別電極である。１６３は振動室で、個別電極１６１と振
動板１６５の間に形成されるギャップにより構成され
る。１６４は封止部で振動室１６３を外気から気密封止
している。

【００３９】また、２１はインクジェットヘッド１の駆
動回路でインクジェット記録装置に内に設けられ、イン
クジェットヘッド１の個別電極１６１と共通電極１６２
にそれぞれ接続されて、インクジェットヘッド１を駆動
してインクをノズル１１から噴射させる。

【００４０】駆動回路２１により個別電極１６１と共通
電極１６２に電位差を生じさせると、振動板１６５と個
別電極１６１の間に静電吸引力が作用し、振動板１６５
はキャビティ１５１内のインクを吸引し、個別電極１６
１に当接する。次に、個別電極１６１と共通電極１６２
を同電位とすると前述の静電吸引力は解除されて、振動
板１６５は弾性復元力により復元すると同時にキャビテ
ィ１５１内のインクを加圧する。このとき、加圧された
インクは、ノズル１１のインクをノズル外へ押し出す。
従って、駆動回路２１によりインクジェットヘッド１を
駆動することにより、インクがノズルから噴射される。

【００４１】バルブ３がノーマルオープン状態で、ポン
プ４を動作させるとインクはインク取り入れ口１７１か
ら共通インク室へ流入し、インク取り出し口１７２へと
排出される。このときのインクの流路抵抗は共通インク
室の流路抵抗とフィルタ１８の流路抵抗の和となる。

【００４２】バルブ３が動作状態で、ポンプ４を動作さ
せるとインクはインク取り入れ口１７１から共通インク
室１５３へ流入し、全てのインク流路１５を経由してノ
ズル１１からキャップ２へ排出される。このときのイン
クの流路抵抗は全てのインク流路１５の流路抵抗と共通
インク室の流路抵抗とフィルタ１８の流路抵抗の和とな
る。

【００４３】ノズル１１及び供給口１５２の断面積が小
さく微細であるいため、インク流路１５の流路抵抗は大
きな値となる。前述のバルブ３がノーマルオープン状態
でポンプ４を動作させた時の流路抵抗に比べるとバルブ
３が動作時の流路抵抗は大きくなる。一方、インク流路
内のインクの容積は小さいため、インク流路内へのイン
クの充填及び残留気泡の排出には多くのインクを必要と
しない。

【００４４】そこで、効率的にインクをインクジェット
ヘッド１内の流路に充填するあるいは残留気泡を排出す
るためには、まず、バルブ３をノーマルオープン状態で
ポンプ４を動作させて共通インク室１５３の中へインク
を充填し、共通インク室１５３の中の残留気泡を排出さ
せ、次いで、バルブ３を動作させた状態でポンプ４を動
作させてインク流路１５の中へインクを充填して、イン
ク流路１５の中の残留気泡をノズルキャップ２から排出
すればよい。

【００４５】また、インクジェットヘッド１の長期の放
置後の再使用の際のインクジェットヘッド１の流路内で
粘度が増加したインクを排出し、インクジェットヘッド
１を印刷可能な状態に回復させる回復処理としても上述
したインク循環システムによるインク及び残留気泡の排
出の動作を行えば、効率的な回復処理が可能となる。

【００４６】更に、インクジェット記録装置への振動等
の外乱による不慮のインク吐出不良に関しても同上イン
ク循環システムを利用した処理を行えば、効率よくイン
ク吐出の正常化が可能となる。

【００４７】加えて、インクタンク６を交換する際にも
同様なインク循環システムによる処理を行い、効率的な
インク及びインクタンク交換と、交換の際にインクに混
入した気泡の効率的なインクジェットヘッド１外への排
出が可能である。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、共通インク室へのイン
クの充填とノズル部へのインクの充填をそれぞれ独立に
行う様にしたので、低出力のポンプでもインクジェット
ヘッドのインク流路内に残留した気泡や増粘インクを効
率良く排出可能で、高品位な印刷が安定して可能とな
り、信頼性が高く、かつ小型の、インクジェット記録装
置を提供することが可能となる効果を有する。

【００４９】また、本発明によれば、インク流路や管路
に残留した気泡の排出に用いられた、印刷に寄与しない
インクは、インクタンクへ循環する様にしたので、イン
クタンク内のインクの印刷への使用率が向上し、インク
の寿命が長いインクジェット記録装置を提供することが
可能となる効果を有する。

【００５０】加えて、従来と同じインク寿命で十分な場
合であれば、保持しなくてはいけないインクの量を低減
することが可能で、インクタンクの大きさが小さくてよ
く、インクの補充に使用するインクカートリッジ等の大
きさが小さくてよいインクジェット記録装置を提供する
ことが可能となる効果を有する。

【００５１】更に、また、本発明によれば、同理由によ
り、不要インクの排出が少なくてよくなる。即ち廃イン
クの量が低減され、廃インクを回収する必要のない、イ
ンクジェット記録装置を提供することが可能となる効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるインクジェット記録装置の実施の
形態におけるインクの循環経路の構成例を示す説明図で
ある。

【図２】本発明によるインクジェット記録装置の実施の
形態におけるインクジェットヘッドの斜視略図である。

【図３】本発明によるインクジェット記録装置の実施の
形態におけるインクジェットヘッドのインク流路部分の
断面図である。

【符号の説明】

１・・・インクジェットヘッド ２・・・ノズルキャップ ３・・・バルブ ４・・・ポンプ ６・・・インクタンク ８１，８２，８３，８４・・・チューブ １１・・・インクノズル １５・・・インク流路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを吐出する複数のインクノズル
   と、該複数のインクノズルに連通する共通インク室と、
   該共通インク室に開口したインク流出口とインク流入口
   を有するインクジェットヘッドと、 インクを保持し、収容するインクタンクと、 該インクタンクと前記インクジェットヘッドのインク流
   入口とを連結する第１の管部材と、 前記インクノズルを覆うキャッピング手段と、 一端が前記インクジェットヘッドのインク流出口に接続
   した第２の管部材と、 一端が前記キャッピング手段に接続した第３の管部材
   と、 インクを圧送するためのポンプが設けられた第４の管部
   材と、 前記第２乃至４の管部材が連結され、前記第２の管部材
   の他端が第４の管部材に接続した状態と、第３の管部材
   の他端が第４の管部材に接続した状態とを切り換える切
   り換え手段とを有することを特徴とするインクジェット
   記録装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のインクジェット記録装置
   において、 前記ポンプと前記切り換え手段とを駆動制御する制御手
   段を備え、 インクを前記インクタンクから前記インクジェットヘッ
   ドに充填する際には、前記制御手段が前記切り換え手段
   により、前記共通インク室にインクを充填した後、イン
   クノズルにインクを充填することを特徴とするインクジ
   ェット記録装置。
3. 【請求項３】 前記第４の管部材の他方が前記インクタ
   ンクと連結されてなることを特徴する請求項１記載のイ
   ンクジェット記録装置。
4. 【請求項４】 請求項３において、第４の管部材内を流
   れる排出インクの一部を収容する第２のインクタンクを
   備え、前記第４の管部材には、前記排出インクが前記イ
   ンクタンクに流入する状態と、前記排出インクが前記第
   ２のインクタンクに流入する状態とに切り換える第２の
   切り換え手段が設けられていることを特徴とするインク
   ジェット記録装置。