JP2005081595A - 液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ワイピング装置を有さなくとも吸引後にノズル面に残留したインクを除去できる小型なインクジェット式記録装置を提供すること。
【解決手段】 液滴をターゲットに対して噴射するノズル開口が形成されたノズル面を有する噴射ヘッド３０と、前記噴射ヘッド３０を保持して主走査方向に走査可能なキャリッジ１４と、前記ノズルが形成されたノズル面に接離可能に配置され吸引装置１９と連結されたキャップ本体１００とを有し、前記ノズル面６１とキャップ本体１００とが接合された状態で前記吸引装置１９を駆動することにより前記噴射ヘッド３０内の液体を吸引する吸引動作を行う液体噴射装置であって、前記吸引動作を実行した後に、前記ノズル面６１に風圧を与えるように前記キャリッジを主走査方向に走査させることを特徴とする。
【選択図】 図７

Description

本発明は、ノズル開口から液体滴を吐出させる噴射ヘッドを備えた液体噴射装置に関する。

パーソナルコンピュータ等の発達によりグラフィック処理が比較的簡単に実行できるようになったため、ディスプレイに表示されるたとえばカラー画像のハードコピーを高品質で出力できる記録装置が求められている。
ターゲットに対して液体を噴射させる液体噴射装置として、噴射ヘッド（記録ヘッド）からターゲット（記録媒体）に対して液滴（インク滴）を噴射させて記録を行うインクジェット式記録装置が知られていた。そして、このようなインクジェット式記録装置は、記録ヘッドのノズルから記録媒体に対して微小なインク滴を吐出させて、所望の文字や図形等の画像を記録する。
このインクジェット式記録装置は、印刷時の騒音が比較的小さく、しかも小さなドットを高い密度で形成できるため、昨今においてはカラー印刷を含めた多くの印刷に使用されている。

インクジェット式記録装置は、インクカートリッジからのインクの供給を受ける記録ヘッドと、記録用紙を記録ヘッドに対して相対的に移動させる紙送り手段を備え、記録ヘッドをキャリッジ上で記録用紙の幅方向に移動させながら記録用紙に対してインク滴を吐出させることで記録が行われる。
そしてキャリッジ上に、たとえばブラックインクを吐出するブラック用記録ヘッドと、イエロー、シアン、マゼンタの各インクの吐出が可能なカラー用記録ヘッドを搭載し、ブラックインクによるテキスト印刷ばかりでなく、各インクの吐出割合を変えることにより、フルカラー印刷を可能としている。

インクジェット式記録ヘッドは、圧力発生室で加圧したインクをノズルからインク滴として記録用紙に吐出させて印刷を行う関係上、ノズル開口からの溶媒の蒸発に起因するインク粘度の上昇や、インクの固化、塵埃の付着、さらには気泡の混入等によりノズル開口に目詰まりを発生し、印刷不良を起こすという問題を抱えている。

このために、インクジェット式記録装置には、非印刷時に記録ヘッドのノズル開口を封止するためのキャッピング手段と、ノズルプレートを清掃するワイピング装置を備えていた。
このキャッピング手段は、印刷の休止時にノズル開口のインクの乾燥を防止する蓋として機能するだけでなく、ノズル開口に目詰まりが生じた場合には、キャップ部材によりノズルプレートを封止し、吸引ポンプからの負圧により、ノズル開口からインク滴を吸引してノズル開口の目詰まりを解消する機能をも備えている。
この吸引を行った後にノズル面にインクが残留することがあり、ノズル面を汚染することがある。このような記録ヘッドのノズル面の汚染は、記録媒体の繊維や塵埃の付着を招き、記録ヘッドの長期間の使用においてノズルの目詰まりの原因となったり、インクの吐出不能や吐出時のインク滴の飛行曲がり等の悪影響を及ぼすことがあった。
このような問題を解決するために、ノズル面上の全てのインクおよび異物やインク染料や繊維の乾燥付着物等を除去して、インクの吐出不良を防ぐために、ノズル面を払拭するワイピング部材を有するワイピング装置が提案されている（たとえば特許文献１）。
そして、前記したワイピング部材は、クリーニング動作に伴いノズル面に付着したインクを掻き取ることによって、印刷領域に移動する記録ヘッドよりインク廃液がボタ落ちするのを阻止する機能を有するものである。このためにワイピング部材は、必要に応じて記録ヘッドの移動領域に対して水平方向に進退されるようにワイピング装置が構成されている。

特開２０００―１０３０７０号公報

ところが、このような従来のこの種のワイピング装置は、ノズル面に対してワイピング部材を圧接するために、このワイピング部材を昇降させる必要があるが、この昇降機構は、カムや回転型の押し上げアームを有するような非常に複雑な構造の装置を採用しなければならない。

このために、ワイピング部材の昇降装置は大型になり、占有スペースが大きくなってしまうという問題がある。
また、ノズル面においては撥液膜が形成されているが、このワイピング動作を行った際に、撥液膜を削りとられてしまう可能性がある。

本発明は、前記したような問題点に着目してなされたものであり、ワイピング装置を有さなくとも吸引後にノズル面に残留したインクを除去できる小型なインクジェット式記録装置を提供することを目的とするものである。

上記のような問題を解決するために、本発明の液体噴射装置においては、液滴をターゲットに対して噴射するノズル開口が形成されたノズル面を有する噴射ヘッドと、前記噴射ヘッドを保持して主走査方向に走査可能なキャリッジと、前記ノズルが形成されたノズル面に接離可能に配置され吸引装置と連結されたキャップ本体とを有し、前記ノズル面とキャップ本体とが接合された状態で前記吸引装置を駆動することにより前記噴射ヘッド内の液体を吸引動作を行う液体噴射装置であって、前記吸引動作を実行した後に、前記ノズル面に風圧を与えるように前記キャリッジを主走査方向に走査させることを特徴としている。

また、係る液体噴射装置において、前記噴射ヘッドのノズル面には、毛細管力により液体を吸収可能なインク保持部材が設けられていることを特徴としている。

また、係る液体噴射装置において、前記インク保持部材は、前記ノズル面の、前記風圧を与えるための走査方向における下流側端部近傍に設けられていることを特徴としている。

また、係る液体噴射装置において、前記インク保持部材は、多孔質材により構成されていることを特徴としている。

また、係る液体噴射装置において、前記インク保持部材は、ノズル面に毛細管力を発生する程度の幅を有するスリットを形成することで構成されていることを特徴としている。

また、係る液体噴射装置において、前記インク保持部材に吸収された液体を除去するための突起部材がキャップ本体内に設けられていることを特徴としている。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置１０を示している。
図１に示すインクジェット式記録装置１０は、インクジェットプリンタとも呼んでいる。インクジェット式記録装置１０は、本体部１を有している。この本体部１は、ガイドレール１７、プラテン１２、キャリッジ１４、メンテナンス装置２０、記録ヘッド３０を備えている。

キャリッジ１４の上部には、複数のインクカートリッジ２，３，４，５が着脱可能に装着できる。キャリッジ１４の下部には、記録ヘッド３０が設けられている。キャリッジ１４は、ベルト１５を介してモータ１６に接続されている。モータ１６が作動することによって、キャリッジ１４はガイドレール１７に沿ってプラテン１２の軸方向である主走査方向Ｔに往復走行する。

ホームポジション１８は、ガイドレール１７の一方の端部に位置している。このホームポジション１８は、キャリッジの走行経路の末端にある非印刷領域である。このホームポジション１８には、本体部１の上にメンテナンス装置２０が配置されている。このメンテナンス装置２０は、クリーニングシステムもしくはクリーニング装置とも呼んでいる。

メンテナンス装置２０は、キャップ本体１００を備え、記録ヘッド３０のノズル開口のインクの乾燥を防止する機能と、吸引ポンプ１９からの負圧をノズル開口に作用させてノズル開口からインクを強制的に吸引して排出させる機能を備える。この吸引ポンプ１９は、メンテナンス装置２０を構成する一構成要素である。

図２は、図１に示すインクジェット式記録装置１０の電気的な接続例を示している。インクジェット式記録装置１０の制御装置７は、ローカルプリンタケーブルまたは通信ネットワークを介してホストコンピュータ４０のプリンタドライバ４１に接続されている。プリンタドライバ４１は、インクジェット式記録装置１０に対して印刷やクリーニング動作あるいはインク吸引動作を実行させるためのコマンドを送るソフトウェアを搭載している。

図２に示すインクジェット式記録装置１０は、制御装置７の他に、メンテナンス装置２０、インクカートリッジ２，３，４，５、記録ヘッド３０、キャリッジ１４、用紙搬送機構１５Ａを含んでいる。図１の実施形態では、複数のインクカートリッジ２ないし５が、キャリッジ１４の上に直接搭載されているが、これに限らずインクカートリッジ２ないし５がキャリッジとは別の位置に搭載しても勿論構わない。
図２の用紙搬送機構１５Ａは、図１の用紙２９をプラテン１２上を搬送するようになっている。用紙２９は記録媒体の一種である。

図３は、図１に示す記録ヘッド３０の構造例を示す断面図である。
インクジェット式記録装置１０は、特にカラープリンタとして用いられる場合には、この記録ヘッド３０は、種類の異なる複数種類のインクを吐出するために、インクの種類ごとに独立したインク経路５０を有している。

各インクカートリッジ２ないし５からのインクは、インク供給針５０Ａを介してインク経路５０に流入する。インクの種類ごとに独立したインク経路５０は、それぞれ複数の圧力室５１に接続されている。各圧力室５１には、ノズル開口５５が接続されている。圧力室５１から押し出されたインク滴がノズル開口５５から吐出される。

図４はノズルプレート面６１におけるノズル開口列の配列例、及び後述するインク保持手段１０５を示している。異なるインクの種類とは、見かけ上の色の違いにとどまらず、インクの構成成分の種類や比率が異なることを意味する。各ノズル開口列は、たとえば数１０から数１０００のノズル開口から構成され、本実施形態においては、ブラックノズル開口列５６と、カラーノズル開口列５４により構成されている。

またインク保持手段１０５は、ノズルプレートの端部にノズル開口列と平行に延びるように設けられている。そしてこのインク保持手段１０５はインクを毛細管力にて吸収保持できるものであり、フェルトやウレタンフォーム、または毛細管力を発生しうる幅を有するスリット等で構成することができるが、フェルト等の繊維を用いた場合は異物発生する虞があるため、本実施形態においてはインクの吸収性、異物発生の防止を踏まえて多孔質材であるウレタンフォームを配置することで設けられている。

また、ノズルプレート面６１の材料としては、金属、セラミック、シリコン、ガラス、プラスチック等があげられ、ノズル開口を有する面を形成するノズルプレート面６１と、圧力室５１等の流路を形成する部材は同一材料であってもよいし、例えば、ノズルプレート６２は金属、流路形成部材はプラスチックというような異なる材料であってもよい。

そして、あらかじめ作成されたノズルプレート面６１に電解法によりフッ素系高分子共析メッキ層を形成し、撥インク性の撥液膜を設けている。

図５は、本発明のインクジェット式記録装置の記録ヘッド３０の内部構造例を示している。上述したインクカートリッジから供給されるインクは、インク経路５０を通って圧力室５１へ供給される。印刷の際には、圧力発生素子としての圧電振動子３９が伸縮動作することによって、圧力室５１の容積を変化させて、圧力室５１内のインクに圧力変動を生じさせる。これによって、ノズル開口５５からインク滴が吐出できる。

記録ヘッド３０内のインク中に気泡が混入したり、インク経路５０や圧力室５１内に増粘したインクが存在すると、インクの正常な流れが阻害されて、正常なインクの吐出が行えないことがある。この場合には、図２に示すメンテナンス装置２０が用いられ、このメンテナンス装置２０のキャップ本体１００によるインクの強制排出が必要となる。

また、インクジェット式記録装置１０を最初に使用する際の開始時や、インクカートリッジを別の種類のインクカートリッジに交換した場合では、図３の記録ヘッド３０内のインク経路５０の中にインクを充填する必要がある。このような初期のインクの充填に際しても、メンテナンス装置２０のキャップ本体１００が使用され、このキャップ本体１００は、図３の記録ヘッド３０のノズル開口５５から空気およびインクが強制的に吸引されてノズル開口５５から排出される。

図６は、本発明の液体噴射ヘッドの液体吸収装置の一例であるインクジェット式記録装置のメンテナンス装置２０の構造例を模式的に示している。

メンテナンス装置２０は、図１に示すインクジェット式記録装置１０の本体部１におけるホームポジション１８に配置されている。
メンテナンス装置２０は、キャップ本体１００を保持するキャップホルダ４２、負圧形成部である吸引ポンプ１９、そして廃液タンク１２０を有している。

記録ヘッド３０は、液体噴射ヘッドの１種であるが、記録ヘッド３０は図１のキャリッジ１４とともに主走査方向Ｔのヘッド移動方向Ｔ１に沿ってガイドレール１７によりホームポジション１８側に移動される。
この記録ヘッド３０はキャリッジ１４の下面側に設けられている。記録ヘッド３０の下面はノズルプレート面６１である。このノズルプレート面６１は、図３と図４にその形状例を示している。ノズルプレート面６１は、ノズルプレート６２の下面である。ノズルプレート６２は、上述したような複数のノズル開口列、たとえば図３と図４の図示例では４列のノズル開口列５４，５６を有している。ノズル開口列５５は、Ｔ方向とは直交するＵ方向に沿って同じ間隔で形成されている。

図６に示すキャップホルダ４２のキャップ本体１００について説明する。

このキャップホルダ４２のキャップ本体１００は、たとえば非印刷領域であるホームポジション１８において、印刷休止中の記録ヘッドに対して接触もしくは密着してノズルプレート面６１を封止することにより、ノズルプレート面６１のノズル開口の乾燥をできるだけ防ぐ構造である。

このキャップ本体１００は、吸引ポンプ１９の負圧発生動作により、クリーニング動作時には記録ヘッド３０のノズル開口５５に負圧を与えて、ノズル開口５５からインクを吸引する、及びフラッシング動作によって、記録ヘッド３０のノズル開口５５からインク滴を受けるための容器としての機能も持っている。

また、キャップ本体１００は、上部に開口を有するたとえば箱状の部材である。このキャップ本体１００は平面で見てたとえば長方形状の上部開口を有し、上端面には、この開口に沿ってシール部１０８が形成されている。このシール部１０８は、たとえば図７に示すようにノズルプレート面６１に対して接触して密着される部分である。これによって、キャップ本体１００内の空間はノズルプレート面６１のほぼ全面を封止できる構造である。

さらに、キャップ本体１００は、キャップホルダにより保持されており、このキャップホルダには、キャップ本体１００がノズルプレート面６１に対して接離可能に駆動させるキャップ駆動装置６が接続されている。

また、キャップ本体１００には、本体の内部を大気圧に開放する圧力解除バルブ１１が接続されており、キャップ本体１００の後面下端部には、不要なインクを排出するインク排出管１２３が接続されている。このインク排出管１２３には、キャップ本体１００の内部に溜まったインクをインク排出管１２３から吸引するポンプ等の吸引ポンプ１９が接続されており、この吸引ポンプ１９には、吸引されたインクを貯留する廃液タンク１２０が接続されている。

次に、前述した構成からなるメンテナンス装置２０の吸引動作について説明する。

まず、記録ヘッド３０の不使用時に記録ヘッド３０の回復動作を行う場合は、図６に示すように、キャップ本体１００の圧力解除バルブ１１を開いた状態で、キャップ駆動装置６を駆動によりキャップホルダ４２を移動させることでキャップ本体１００をノズルプレート面６１の前面の密着させ、キャップ本体１００により記録ヘッド３０の周囲を取り囲む。この状態で、圧力解除バルブ１１を閉じた後、吸引ポンプ１９を駆動して記録ヘッド３０からの吸引を開始する。

これにより、記録ヘッド３０のブラックノズル開口列５６、及びカラーノズル開口列５４のそれぞれのノズルから、インク流路の内部に詰まった異物や気泡等をノズル流路からインクとともに排出され、このノズルから流出されるインクは、キャップ本体１００の内部に流下し、吸引ポンプ１９の駆動によりインク排出管１２３を介して廃液タンク１２０に貯留される。

上記の如く、吸引ポンプ１９の駆動により、記録ヘッド３０の吸引が終了した時点においてはノズルプレート面６１に吸引時のインク残りが残存しており、この残留インクを排除する必要がある。

図７に示すように、吸引終了後において、再びキャップ駆動装置６を駆動してキャップ本体１００をノズルプレート面６１との当接状態から非当接状態へ移動させた後、キャリッジ１４を主走査方向へ走行させる。

このキャリッジ移動が図８の矢印Ａの方向に進んだ場合は、相対的に発生する高速気流は、同じく図８に示した記録ヘッドのノズルプレート面６１における移動方向側の一端側から他端側へ向かう矢印Ｂの方向で流れ、ノズルプレート面６１の表面に付着している残留インクは、風圧によって上記他端側に配置されたインク保持部材へ移動させて吸収される。尚、ノズルプレート面６１は上述の通り表面に撥液処理がなされており、風圧のみでもスムーズにインク保持部材１０５へ移動させることができる。

また本実施形態においては、上記インク保持部材１０５をノズルプレートの一端側に設ける構成を例示したが、インク保持部材１０５をノズルプレート面６１の両端側に設けて、キャリッジ１４を主走査方向に往復動作させ、往走査、往走査のそれぞれで発生する気流により、それぞれのインク保持部材にインクを吸収させることができる。

図９は、本発明の第２の実施形態を示した図である。

吸引ポンプ１９の駆動により、記録ヘッド３０の吸引が終了した後にキャリッジ１４のキャリッジ１４を主走査方向へ走行させることで、残留インクを気流によりインク保持部材１０５へ移動させる構成は上記の実施形態と同様である。

しかし、インク保持部材１０５は最低１回分の吸引動作によりノズルプレート面６１に残留するインクを保持する容量を有しているが、記録ヘッド３０の限られたスペースに設けられる為、多量にインクを保持することはできない。
従って、ユーザーによるマニュアル動作等で複数回にわたり連続して吸引動作が行われる場合は、残留インクがインク保持部材１０５に吸収しきれずにノズルプレート面６１に残存する、またインク保持部材１０５がインクで飽和状態のまま印字を行った際は、記録媒体上にまとまったインクがボタ落ちする虞がある。

そこで、図９に示すように本実施形態においては、インク保持部材１０５を押圧することでインク保持部材に吸収されたインクを絞り落とす突起部２３をキャップ本体１００内に配置させている。
これにより、記録ヘッド３０の吸引時や印字待機時において、記録ヘッド３０がキャップ本体１００によりキャッピングされる時にインク保持部材１０５に吸収されたインクを除去することができる。

また、本実施形態においては、インク保持部材１０５が弾性を有するウレタンフォームで構成されているため、突起部２３によりインク保持部材１０５を押圧することでインク保持部材１０５に吸収されたインクを除去したが、押圧は行わず当接するのみの突起部２３がインク吸収性を有する部材であっても良い。すなわち、突起部２３の部材が、インク保持部材１０５の有する毛細管力よりも強い毛細管力を有する部材であればインク保持部材１０５に吸収されたインクを除去することができる。

また、図示した上記の実施形態においては、ブラックインク、シアンインク、マゼンタインク、イエローインクの各インクを使用する４つのインクカートリッジがキャリッジに装着できるようになっているが、これに限らず、ブラックインク用のインクカートリッジだけを備えているものや、ブラックインクを除いた３色のカラー印刷用の３つのインクカートリッジを備えているものであっても良い。

また、インクを使用した５つ以上のインクカートリッジがキャリッジに装着できるようなものであっても良い。

本発明は、インクジェット式記録装置としての上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。
たとえば、本発明の液体噴射装置としては、他の液体を噴射する液体噴射装置であってもよい。本発明の液体噴射装置は、たとえば、液晶ディスプレイ、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイおよび面発光ディスプレイの製造等に用いられる電極材や色材等の液体を噴射する液体噴射装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機物を噴射する液体噴射装置、精密ピペットとしての試料噴射装置であってもよい。

本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。
上記実施形態の各構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせることができる。

本発明の液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置を示す斜視図。 図１のインクジェット式記録装置の電気的接続例を示す図。 インクジェット式記録装置の記録ヘッドの構造例を示す断面図。 記録ヘッドのノズルプレート面の形状例を示す図。 記録ヘッドの圧電振動子の付近を示す図。 キャッピング状態のメンテナンス装置を示す図。 吸引終了後におけるキャリッジの走行を示す図。 キャリッジ走行時におけるノズルプレート面を示す図。 本発明の第２の実施形態を示す図。

符号の説明

１・・・本体部
２，３，４，５・・・インクカートリッジ
１０・・・インクジェット式記録装置（液体噴射装置）
１９・・・吸引ポンプ
２０・・・メンテナンス装置
３０・・・記録ヘッド
５４・・・カラーノズル開口列
５５・・・ノズル開口
５６・・・ブラックノズル開口列
６１・・・ノズルプレート面
６２・・・ノズルプレート
１００・・・キャップ本体
１０５・・・インク保持部材
１０８・・・本体のシール部
２３・・・突起部
１２０・・・廃液タンク
４２・・・キャップホルダ

Claims (6)

1. 液滴をターゲットに対して噴射するノズル開口が形成されたノズル面を有する噴射ヘッドと、前記噴射ヘッドを保持して主走査方向に走査可能なキャリッジと、前記ノズルが形成されたノズル面に接離可能に配置され吸引装置と連結されたキャップ本体とを有し、前記ノズル面とキャップ本体とが接合された状態で前記吸引装置を駆動することにより前記噴射ヘッド内の液体を吸引する吸引動作を行う液体噴射装置であって、
   前記吸引動作を実行した後に、前記ノズル面に風圧を与えるように前記キャリッジを主走査方向に走査させることを特徴とする液体噴射装置。
2. 前記噴射ヘッドのノズル面には、毛細管力により液体を吸収可能なインク保持部材が設けられていることを特徴とする請求項１記載の液体噴射装置。
3. 前記インク保持部材は、前記ノズル面の、前記風圧を与えるための走査方向における下流側端部近傍に設けられていることを特徴とする請求項２記載の液体噴射装置。
4. 前記インク保持部材は、多孔質材により構成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の液体噴射装置。
5. 前記インク保持部材は、ノズル面に毛細管力を発生する程度の幅を有するスリットを形成することで構成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の液体噴射装置。
6. 前記インク保持部材に吸収された液体を除去するための突起部材がキャップ本体内に設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の液体噴射装置。
   

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