JP2006159722A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェットヘッドの壁面に付着した微小泡を容易に除去できるインクジェット記録装置を提供する。
【解決手段】インクジェットヘッド、タンクおよびポンプを接続する配管によりインクをインクジェットヘッドを通して循環させるインク供給系を持つインクジェット記録装置において、インクジェットヘッド内を負圧にすることによりインクジェットヘッドの吐出ノズルから気泡をインクジェットヘッド内に取り込み、インクジェットヘッド内の壁面に付着した微小泡を除去する。また、インクジェットヘッド、タンクおよびポンプを接続する配管によりインクをインクジェットヘッドを通して循環させるインク供給系と、インクジェットヘッドの吐出ノズルを覆うように移動可能なキャップと、キャップを通して廃インクを回収する廃インク回収ポンプとを有するインクジェット記録装置において、前記キャップで吐出ノズルを覆い、キャップ内の圧力を高めることにより気泡をインクジェットヘッド内に吐出ノズルから取り込む。
【選択図】 図２

Description

本発明は、インクジェット記録装置に関し、特に、インクジェットヘッド壁面からの微小泡の除去できるインクジェット記録装置に関する。

従来、紙、ＯＨＰ用シートなどの記録媒体（以下、記録用紙または単に紙という）に対して記録を行う画像形成装置は、種々の記録方式による記録ヘッドを搭載した形態で提案されている。この記録ヘッドには、ワイヤードット方式、感熱方式、熱転写方式、インクジェット方式によるものなどがある。特に、インクジェット方式は、記録用紙に直接インクを噴射するものであるので、ランニングコストが安く、静かな記録方法として注目されている。

一方、インクジェット記録ヘッドでは、ヘッド内でインクに溶け込んでいた空気が微小な気泡となって析出してインク流路壁面に付着することが多い。特に、インクの吐出方式が、吐出用ヒーターに電気パルスを与えて、熱による発泡圧力によって吐出する方式では、ヘッドの温度上昇に伴い、ヘッド内のインク温度も上がる。インクの温度が上がれば、インクへの気体の溶解度が下がり、気泡成長速度が速く、気泡発生数も多くなりやすい。壁面に気泡が付着しても大部分は問題ないが、共通液室からヘッドのノズル先端までのインク流路の細い部分では、細かい気泡が成長すると詰まってインクの流れを阻害し、印字不良をもたらすことが希にある。

特に、印字ヘッドが吐出ヒーターに近い部分で微細な流路があり、ヒーターに近い部分の温度が高くなるため、気泡の成長が速く、インクの流れを阻害しやすい。インクタンクからヘッド方向へ一方通行にインクを供給する方法では、成長した気泡が流路に詰まらないように、流路の細い部分を作らないようにして対応することが多かった（例えば特許文献１参照）。
特開２００１−０５８４０９号公報

しかし、インクタンクからヘッドを通してインクタンクへ戻す循環させる構成にした場合、大きな気泡を取り除いたり、ヘッドをインクで冷却したりなどの効果が期待できる。共通液室からヘッドのノズル先端までのインク流路の細い部分で吐出を阻害する細かい気泡まで取りたいので、壁面沿いのインク流速が高くないと気泡は取れにくいのであるが、インク流量を増やしても壁面付近の液体の流速は、壁面に近づくほど流体力学的に遅くなるため、流路中央部の流速が上がるが、壁面沿いの流速はあまり高くならない。

そのため、壁面に付着した細かい気泡は非常に取れにくい。その上、吐出ノズル近くで詰まって吐出不良をもたらす気泡は、ヘッドのヒーターに近い部分で、ヘッドのインク循環をするインク流路の底部にあることが多く元々インク流速が遅い部分になりがちである。

したがって、本発明の目的は、インクジェットヘッドの壁面に付着した微小泡を容易に除去できるインクジェット記録装置を提供することにある。

本発明は、インクジェットヘッド、タンクおよびポンプを接続する配管によりインクをインクジェットヘッドを通して循環させるインク供給系を持つインクジェット記録装置において、インクジェットヘッド内を負圧にすることによりインクジェットヘッドの吐出ノズルから気泡をインクジェットヘッド内に取り込み、インクジェットヘッド内の壁面に付着した微小泡を除去することを特徴とする。

また、本発明は、インクジェットヘッド、タンクおよびポンプを接続する配管によりインクをインクジェットヘッドを通して循環させるインク供給系と、インクジェットヘッドの吐出ノズルを覆うように移動可能なキャップと、キャップを通して廃インクを回収する廃インク回収ポンプとを有するインクジェット記録装置において、前記キャップで前記吐出ノズルを覆い、前記キャップ内の圧力を高めることにより気泡をインクジェットヘッド内に吐出ノズルから取り込むことを特徴とする。

さらにまた、本発明は、インクジェットヘッド、タンクおよびポンプを接続する配管によりインクをインクジェットヘッドを通して循環させるインク供給系を持つインクジェット記録装置において、インクジェットヘッドの吐出ノズルの近くに設けられたダミーノズルからインクジェットヘッド内に気泡を取り込むことを特徴とする。

本発明によれば、インク流量流速を上げても取れにくかった、ヘッド内部のインク流路壁面にしぶとく付着した微小泡を比較的容易にし、吐出不良を引き起こすようなインク流路内部の微小泡を除去することが可能になる。それによって、安定なインク吐出が出来るインクジェット装置が得られる。

図１は、インクジェットヘッド（記録ヘッド）の壁面（詳細に言えば、インクジェットヘッド内のインク液室の壁面）（なお、本明細書では、インク液室の壁面を簡略化してインクジェットヘッドの壁面という場合もある）に付着した気泡を示す断面図である。

最初に、本発明を容易に理解するために、図１を参照して、本発明で除去しようとする気泡のインクジェットヘッドの壁面への付着状態を説明する。図１は、インクジェットヘッドのインク液室内の気泡の付着状態を示す断面図である。図１において、記録ヘッドのインク流路内部では、インク中に溶け込んでいる空気が気泡としてインク流路壁面に析出する挙動が起きる。特に、インクの吐出方式が、吐出用ヒーターに電気パルスを与えて、熱による発泡圧力によって吐出する方式では、ヘッドの温度上昇に伴い、ヘッド内のインク温度も上がる。インクの温度が上がれば、インクへの気体の溶解度が下がり、気泡成長速度が速く、気泡発生数も多く成りやすい。

ヘッド液室１０の内部を循環するインク流１６が無ければ、ヘッドチップ１２の吐出ノズル１２ａ（以下、単に、ノズルという場合もある）から取り込まれた空気でできた気泡１４は、まっすぐヘッド液室１０の上方に浮いて天井１０ａに溜まるだけである。インク流路壁面に付着して取れにくくなった微小な気泡１４を取る効果はあまり無い。

ヘッド２０（図２参照）のインク出入り口にはヘッド２０（図２参照）をゴミから守るフィルタ２２を通常設ける。その場合、インク出入り口２０ａからフィルタ２２を通して空気が入ると微細な泡を含む気泡が出来、気泡が微細だとヘッド２０のインク流路壁面に付着して取れにくくなってしまう。しかし、吐出ノズル１２ａから取り込まれた気泡は小さいがやや大きめで、インク循環で比較的取れやすい。また、１ドット当たりの吐出量が４ｐｌの吐出ノズル１２ａから取り込まれた気泡１４は、ヘッド液室（インク液室）１０の上方に浮いていく課程で、ヘッド液室の底面１０ｂや側壁面１０ｃ（図３参照）に引っかかって、そこで止まって留まるようにすることは出来なかった。

ヘッド２０の内部に必要以上に空気を溜め込んで、気泡１４によるインク供給阻害を起こしたくないので、吐出ノズル１２ａから意図的に空気を取り込むということは通常やらなかった。しかし、インクが循環をする系であれば、インク循環路に空気回収機能のあるタンクを設置すれば、再度、気泡がヘッド２０に戻ってくることは無いので、問題は無い。

そこで、循環流速がある程度あればヘッド液室天井１０ａに溜まる泡が取れるだけ以上の効果が出てくる。発明者がインク循環流量３ｍｌ／ｓ，流速０．２ｍ／ｓ程度でインクを流したところ、図１のように吐出ノズル１２ａから取り込まれた泡が上昇する際に乱流となり、インク流量をさらに上げてもインク流路壁面に張り付いて取れにくかった微小泡が取れて大幅に減った。インク流路壁面天井部１０ａだけでなく、流路底面１０ｂや側面１０ｃでも微小泡が取れて大幅に減った。吐出ノズル１２ａから取り込まれた気泡１４がインク流路壁面に張り付いて取れにくかった微小泡より大きく、大きな気泡がぶつかることか、インク流に乱流が起きてインク流路壁面の流速が上がることのどちらかまたは両方が原因でそのような結果になったと推測される。

これらの結果から、インク循環をさせながら、その状態において吐出ノズル１２ａから空気を気泡１４として取り込むことがインク流路壁面付着泡除去機能として使えることがわかった。今回、ヘッド２０内の圧力を大気圧より下げてヘッド２０の中に空気を気泡１４として取り込んだ。しかし、ヘッド２０の吐出ノズル１２ａがある面からキャップ９０（図６参照）をして、キャップ内部をヘッド液室内より高圧にすることなどでヘッドの中に空気を気泡として押し込むことも可能である。

（実施例１）
図２は、インクジェット記録装置のインク供給系の実施例１の構成図である。図２のようなインク供給系で定積ポンプ４０を使ってヘッド内のインクを循環させた。そのインク循環をする際は、大気連通弁５０を閉じてからインク循環を開始し、インク循環を停止してから大気連通弁５０を開く。ここで、ヘッド２０のノズル１２ａの位置より低い位置にインクタンク３０の液面３０ａがくるようにしてヘッド２０のノズル部分に負圧を発生させ、大気連通弁５０を開いた際にインクがノズルから漏れないようにする。ただし、負圧が大きすぎるとノズル部分からヘッド液室内部に空気が入ってしまうので、適度に調整する。今回実験した際は、ヘッド２０のノズル位置より５〜１０ｃｍ程度低い位置にインクタンク３０の液面３０ａがくるようにした。また、印字をする際は、大気連通弁５０を開いておく。

そこで、発明者らが今回実験した際に、ヘッドのインク流路壁面の気泡を取ろうとしてインク循環流量３ｍｌ／ｓ，流速０．２ｍ／ｓだけではなく、インク循環流量を５ｍｌ／ｓ，流速０．２７ｍ／ｓ程度まで徐々に上げてみたが、図３に示すインク流路側壁面１０ｃや底面１０ｂやヘッドチップのインク流路側の面の泡で取れにくい微小泡が取れずに多数残った。ヘッド内のインク循環流量を５ｍｌ／ｓ，流速０．２７ｍ／ｓ程度の状態から１〜２秒の間にインク循環流量３ｍｌ／ｓ，流速０．２ｍ／ｓ程度にインク流量を下げた。このとき流量を下げる間に、ヘッド内部の負圧が大きくなってヘッド内部に吐出ノズル１２ａから空気を気泡として取り込む現象が発生した。

このとき、先ほどまでインク流量を増やしても、インク流路側壁面や底面やヘッドチップのインク流路側の面で取れにくかった微小泡は、半数以上が取れた。インク循環をさせながら吐出ノズル１２ａから空気を気泡１４として取り込むことがインク流路壁面付着泡除去機能として使えることがわかった。

ヘッド内部に必要以上に空気を溜め込んで、気泡によるインク供給阻害を起こしたくないので、吐出ノズルから意図的に空気を取り込むということは通常やらないことであった。従来はノズルから気泡を引き込まないように、ゆっくり流速を変えてインクや空気が吐出ノズルを出入りしないようにする。あるいは、吐出ノズルからインクがややあふれる程度になるように配管の構成をしたり、ポンプ駆動制御したりするものであった。

ここで、今回の実験ではインク循環の流量を急激に減らせば、ヘッド液室内部が負圧になったが、ポンプからヘッド出入り口それぞれまでの配管の長さや、インク循環路での気泡回収タンクの配置をポンプからヘッドへの上り流路に設置するか、ヘッドからポンプまでの下り流路に設置するか等に応じて、ヘッド内部が負圧になるようにインク循環の流量を急激に減らすまたは増やせば良い。
（実施例２）
図４は、インクジェット記録装置のインク供給系の実施例２の構成図である。実施例２では、実施例１のインクタンク兼バッファタンク３０に代えて、バッファタンク６０とインクタンク７０を用いるものである。この図４に示すようなインク供給系でも、循環流量を増やしていけば負圧が大きくなり、ノズル部分で支えられる最大表面張力を負圧が超えれば、ノズルから気泡を取り込むことができる。ある一定期間の短時間だけ循環流量を高めれば、ほぼ所望の量の気泡をノズルから気泡を取り込むこともできる。
（実施例３）
図５は、インクジェット記録装置のインク供給系の実施例３の構成図である。図５のようなインク供給系で２つの定積ポンプ４０を使ってヘッド内のインクを循環させ、ヘッドへインクを送り込むポンプ１（４０ａ）とヘッドからインクを引き出すポンプ２（４０ｂ）の間で、
ポンプ１のインク流量＜ポンプ２のインク流量
とすることで、ヘッドの液室内部が大気圧に対して負圧になり、
ポンプ２のインク流量−ポンプ１のインク流量
の量に当たる空気を吐出ノズルからヘッド液室内部のインク流路内に取り込む。実際には、ポンプ１よりポンプ２のインク流量が大きい間は空気を取り込み続けることになる。よって、ある所定の空気取り込み量を決めて、
（ポンプ２のインク流量−ポンプ１のインク流量）×時間＝空気取り込み量
となるような短時間のみポンプ１よりポンプ２のインク流量が大きくなり、それ以外の時はポンプ１とポンプ２の流量を同じにするか、ヘッドからインクを引き出すポンプよりヘッドへインクを送り込むポンプの流量を多めにする。あるいは、どちらかのポンプ流量が他方と同じになるようにポンプを迂回するバイパス流路を通すとか、ポンプそのものにポンプ機能を切ってスルーで流れるような機能を付けておけばよい。

ヘッド内部に必要以上に空気を溜め込んで、気泡によるインク供給阻害を起こしたくないので、吐出ノズルから意図的に空気を取り込むということは通常やらないことであった。２つ以上のポンプでインクを循環する場合、従来はノズルから気泡を引き込まないように、２つのポンプの流量が同じまたはヘッドからインクを引き出すポンプよりヘッドへインクを送り込むポンプの流量を多めにするようにした。そうなるように制御したり、ギア比でそうなるようなメカ構成にしているものである。
（実施例４）
図６は、インクジェット記録装置のインク供給系の実施例４および５の構成図である。図６において、ヘッド内部を負圧にするための制御を用いず、図６のようなインク供給系で、ヘッド２０にキャップ９０を押しつけ、ヘッド回復動作時にヘッド２０からキャップ９０の内部に受けたインクを回収するポンプ４０Ｃを逆回転させ、ポンプ４０Ｃとキャップ９０の内部の空気をヘッドに送り込むことでヘッド２０に空気を送り込むことが可能である。インク循環ポンプ４０でヘッド２０を含む循環流路内部にインクを循環させた状態で、キャップ９０からヘッド２０に空気を送り込めば、ヘッドインク流路内で大きな気泡がぶつかることか、インク流に乱流が起きてインク流路壁面の流速が上がることのどちらかまたは両方が原因で、インク流路壁面付着泡除去機能が得られる。
（実施例５）
ヘッド内部を負圧にするための制御を用いず、図６のようなインク供給系で、ヘッド２０にキャップ９０を押しつけ、ヘッド回復動作時にヘッド２０からキャップ９０の内部に受けたインクを回収するポンプでキャップのインク回収流路を閉じた状態にし、キャップ９０の先端がヘッド２０に接してヘッド面の気密を保った状態で、さらにキャップ９０をヘッド２０に押しつけてキャップの体積を減らすようなキャップとヘッドの相対移動ストロークをすれば、キャップの体積が減った分だけの空気がヘッド内部に押し込まれる。そうすれば、実施例４のようにキャップ内部のインク回収ポンプを回さずとも、インク循環ポンプでヘッドを含む循環流路内部にインクを循環させた状態で、キャップからヘッドに空気を送り込めば、ヘッドインク流路内で乱流が起きて、インク流路壁面付着泡除去機能が得られる。
（実施例６）
吐出ノズルから空気をヘッド内部に気泡として取り込むのではなく、ヘッドの吐出ノズルのそばにある吐出用ヒーターや吐出用圧電素子などの吐出手段を持たないダミーノズルから空気をヘッド内部に気泡として取り込むことも可能である。インクジェットヘッドの吐出ノズルは、通常数十から数千個が列状に並べられる。列の途中にダミーノズルがあるとヘッドの途中で吐出出来ない部分が出来てしまうので、ダミーノズルを設けるとしたら、通常はヘッドチップの両端部に設けられることが多い。また、ヘッドチップは単独でヘッドとして使用されるか、複数つなげたヘッドアレイで１つのヘッドとして使われるかのどちらかである。さらに、インクを循環させる場合のヘッド内部のインク流路は、吐出ノズル列の一端からもう一方の端部へ直線的に流される場合が多い。個々のヘッドチップが比較的短い場合は、ダミーノズルから空気をヘッド内部に気泡として取り込めば、泡が上昇する際に発生する乱流の影響がヘッドチップ全面の周辺まで及び、インク流量をさらに上げてもインク流路壁面に張り付いて取れにくかった微小泡が取れるインク流路壁面付着泡除去機能が得られる。

こうすることで、吐出ノズルから気泡を取り込んだ場合に、吐出ノズル先端に気泡を残したり、その気泡を確実に追い出せるか、出すための特別な加圧工程をするなどの必要性が出る可能性さえ絶つことが出来る。

吐出ノズルから気泡を取り込まず、ダミーノズルから気泡を取り込む方法としては、吐出ノズルよりダミーノズルを大きくすれば、表面張力の都合で吐出ノズルよりダミーノズルから空気を取り込みやすくなる。あとは、実施例１乃至５と同様にしながら、ヘッド内部と外部の圧力差を適当に調整すれば、吐出ノズルから気泡を取り込まず、ダミーノズルから気泡を取り込むことが出来る。

あるいは、ダミーノズルに当たる部分にだけ別途にキャップして加圧できるキャップ構成にしても良い。なお、インク循環方向に対して、ヘッドチップの下流側端部のダミーノズルから空気を気泡として取り込むのは望ましくない。ヘッドチップの上流側端部または両端部から空気を気泡として取り込むのが望ましい。
（実施例７）
実施例６では、比較的短いヘッドチップなら、ダミーノズルから空気をヘッド内部に気泡として取り込めば、泡が上昇する際に発生する乱流の影響がヘッドチップ全面の周辺まで及び、インク流路壁面付着泡除去機能が得られる。しかし、ヘッドが１チップで数インチ以上に及ぶ長尺一体ヘッドでは、ヘッド端部のみのダミーノズルから気泡を取り込むだけでは、長尺ヘッド全面の周辺までインク流路壁面付着泡除去機能を働かせるのは難しい。そこで、もはやダミーノズルから空気を取り込む効果は希薄な場合には、ヘッド全体の吐出ノズルから空気を気泡として取り込む。実施例６とは逆に、ダミーノズルから気泡を取り込まず、吐出ノズルから気泡を取り込む方法としては、ダミーノズルを吐出ノズルより小さくすれば、表面張力の都合でダミーノズルより吐出ノズルから空気を取り込みやすくなる。あとは、実施例１乃至５と同様にしながら、ヘッド内部と外部の圧力差を適当に調整すれば、ダミーノズルから気泡を取り込まず、吐出ノズルから気泡を取り込むことが出来る。あるいは、吐出ノズルの部分だけキャップ内圧を上げて加圧できる構成にしても良い。

インクジェットヘッドの壁面に付着した気泡を示す断面図である。 インクジェット記録装置のインク供給系の実施例１の構成図である。 インクジェットヘッドの壁面に付着した気泡を示す斜視図である。 インクジェット記録装置のインク供給系の実施例２の構成図である。 インクジェット記録装置のインク供給系の実施例３の構成図である。 インクジェット記録装置のインク供給系の実施例４および５の構成図である。

符号の説明

１０ インク液室
１２ａ 吐出ノズル
１４ 気泡
２０ ヘッド
２２ フィルタ
３０ インクタンク兼バッファタンク
４０ ポンプ
４０ａ ポンプ１
４０ｂ ポンプ２
４０ｃ 廃インク回収ポンプ
５０ 大気連通弁
６０ バッファタンク
７０ インクタンク
８０ 廃インクタンク

Claims (10)

1. インクジェットヘッド、タンクおよびポンプを接続する配管によりインクをインクジェットヘッドを通して循環させるインク供給系を持つインクジェット記録装置において、
   インクジェットヘッド内を負圧にすることによりインクジェットヘッドの吐出ノズルから気泡をインクジェットヘッド内に取り込み、インクジェットヘッド内の壁面に付着した微小泡を除去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1記載のインクジェット記録装置において、前記負圧はインクを循環させる速度を加減することによって発生されることを特徴とするインクジェット記録装置。
3. 請求項１記載のインクジェット記録装置において、前記負圧はインクの循環速度を高めることによって発生されることを特徴とするインクジェット記録装置。
4. 請求項1記載のインクジェット記録装置において、前記ポンプとして、前記インクジェットヘッドの上流側に第１ポンプを配置し、前記インクジェットヘッドの下流側に第２ポンプを配置し、前記負圧は第２ポンプの流量を第１ポンプの流量より多くすることによって発生されることを特徴とするインクジェット記録装置。
5. インクジェットヘッド、タンクおよびポンプを接続する配管によりインクをインクジェットヘッドを通して循環させるインク供給系と、インクジェットヘッドの吐出ノズルを覆うように移動可能なキャップと、キャップを通して廃インクを回収する廃インク回収ポンプとを有するインクジェット記録装置において、
   前記キャップで前記吐出ノズルを覆い、前記キャップ内の圧力を高めることにより気泡をインクジェットヘッド内に吐出ノズルから取り込むことを特徴とするインクジェット記録装置。
6. 請求項５記載のインクジェット記録装置において、前記キャップ内の圧力を高めることは前記廃インク回収ポンプにより気泡を含んだインクをキャップ内に流入させることによって行われることを特徴とするインクジェット記録装置。
7. 請求項５記載のインクジェット記録装置において、前記キャップ内の圧力を高めることは前記キャップで前記吐出ノズルを覆い、前記キャップを吐出ノズルに押し付けることによって行われることを特徴とするインクジェット記録装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載のインクジェット記録装置において、インクジェットヘッドの吐出ノズルから気泡を取り込む際、ダミーノズルからの気泡の取り込みを防止することを特徴とするインクジェット記録装置。
9. インクジェットヘッド、タンクおよびポンプを接続する配管によりインクをインクジェットヘッドを通して循環させるインク供給系を持つインクジェット記録装置において、
   インクジェットヘッドの吐出ノズルの近くに設けられたダミーノズルからインクジェットヘッド内に気泡を取り込むことを特徴とするインクジェット記録装置。
10. 請求項９記載のインクジェット記録装置において、ダミーノズルからインクジェットヘッド内に気泡を取り込むことは前記インクジェットヘッド内に負圧を発生させ、または前記ダミーノズルに対して圧力を高めることによって行われることを特徴とするインクジェット記録装置。