JP2006168249A

JP2006168249A - インクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの制御方法並びにインクジェットヘッドの洗浄方法

Info

Publication number: JP2006168249A
Application number: JP2004365640A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Koda; 智彦甲田; Jun Nagata; 純永田
Original assignee: Ricoh Printing Systems Ltd
Current assignee: Ricoh Printing Systems Ltd
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2006-06-29

Abstract

【課題】従来は、フィルタのリフレッシュが行なえないという課題がある。。
【解決手段】本発明は、圧力室に連通したノズルと、インクを加圧する圧力室と、圧力室の蓋板をなす振動板と、が複数ならんで形勢されており、複数の圧力室にインクを供給するマニホールドと該マニホールドとインクタンクとを結ぶインク供給路からなるインク流路を、加圧手段を用いてノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記マニホールドにはフィルタが形成されており、前記マニホールドには前記インク供給路が２経路設けられ、前記インク供給路の一方は前記フィルタを通して圧力室と連通し、他方は前記フィルタを介在せずに圧力室と連通する貫通孔であることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、インクジェットヘッドに関し、より詳細にはヘッドのインク溜めであるマニホールド５に連通する供給路を２経路設け、一方はフィルタ８を介してマニホールド５に、他方は直接インクを供給するインクジェットヘッド及び、その制御方法、並びにその洗浄方法に関する。

インクタンクから供給されるインク内にある異物や気泡などが吐出部の近傍に流入を防ぐ為に、経路中にフィルタを内蔵している従来のインクジェットヘッドを図１３と図４とにより説明する。インクを吐出するノズル１０１、インク圧力室１０２、インク供給口１０３、共通インク室１０４、供給路１０７がそれぞれ連通してなるインク流路は、溝を形成した複数の流路板１０６を積層することで構成される。

図示していないインクタンクからインクを供給する供給路１０７が流路板１０６を介して共通インク室１０４に連通しており、この流路板１０６の供給路１０７との連通部には複数の孔を有するフィルタ１１３が流路板１０６と一体成形で設けられている。これにより、圧力室１０２に向かうインクは全てフィルタ１１３を介して流入するので、異物の進入が防げる。

また、ヘッド作製後もインク供給口１０７からの異物の進入を防ぐ為、歩留まりも向上することが出来る。

特開平６−２５５１０１号公報

上述したインクジェットヘッドの場合、インクを入れ替えたり長期間使用すると、フィルタ１１３に異物が詰まりやすくなる。フィルタ１１３が詰まると、インクの供給流量が減少する為、全ノズル１０１吐出時に高い周波数で使用するとインクの供給が追いつかない現象が発生する。フィルタ１１３の面積を広くとっていれば発生する確率は少ないが、近年のインクジェットヘッドには小型・高密度が求められる為に、余裕をもった面積を確保することが難しい。

そこで、洗浄液をノズル１０１側から注入してインクの流れる方向を逆向きにして、フィルタ１１３に詰まったゴミを取り除くリフレッシュを行なう必要がある。しかし、洗浄液をノズル１０１から注入することは洗浄液内にも異物がある可能性があり、そのようなものがフィルタ１１３に詰まり、インクを流した際に異物と反応して凝集し、ノズル１０１径よりも大きな異物を発生する可能性がある。

また、微粒子が混在しているようなインクを用いる場合、フィルタ１１３で詰まってしまう可能性があり、フィルタ１１３は使用することが出来ない。しかし、フィルタ１１３を完全に取り除くと、ヘッド作製後、インクを注入する間にもインク供給路１０７からのゴミが圧力室２にまで到達する可能性もある。また、ヘッドの吐出評価を行なってから出荷する場合は、評価用インクを一旦ヘッドに注入せねばならず、その際に異物などがインク流路に入り易くなる。

本発明は、圧力室に連通したノズルと、インクを加圧する圧力室と、圧力室の蓋板をなす振動板と、が複数ならんで形勢されており、複数の圧力室にインクを供給するマニホールドとマニホールドとインクタンクを結ぶインク供給路からなるインク流路を、加圧手段を用いてノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記マニホールドにはフィルタが形成されており、前記マニホールドには前記インク供給路が２経路設けられ、前記インク供給路の一方はフィルタと通して圧力室と連通し、他方はフィルタを介在せずに圧力室と連通する貫通孔であることを特徴とする。

さらに本発明は、振動板とフィルタと貫通孔を一枚のプレートに形成したことを特徴とする。

本発明のインクジェットヘッドは、２経路あるインク供給路の一方にフィルタがある為、通常のインクでは圧力室に異物やゴミが進入することを防ぎ、且つ微粒子が混在した特殊なインクはフィルタの無い他方の経路を使うことが出来るので様々な用途に対して使用することが可能である。

また、ヘッドをノズル１側から洗浄するリフレッシュを行った際、ノズル１側から注入した洗浄液を、フィルタの無い経路より排出することが出来るので、インク供給経路の逆方向からフィルタに異物などが詰まることを防ぐことが可能である。

ヘッド内に異物を混入させないことと、特殊なインクの使用も併用することが出来ることと、ヘッドのリフレッシュ洗浄を行なうことを、供給路を２経路設け、一方にフィルタ８を設けるだけで実現した。

以下本発明を、実施例図面に基づいて説明する。

図１と図２は、本実施例を示すインクジェットヘッドの断面図である。図１はノズル１列方向、図２はノズル１列に直交する方向である。

本実施例で説明するインクジェットヘッドは、インクを吐出するノズル１、圧力室２、リストリクタ３、振動板４、マニホールド５、インク供給路６が連通してインク流路を形成し、振動板４にはインク吐出エネルギを発生する圧力発生源７が形成される。本構成のインク吐出プロセスは、まず図示されないインクタンクよりチューブ等によりインクをインク供給路６に送り、インク供給路６からマニホールド５にインクが一旦溜められる。次にリストリクタ３を経由して各圧力室２に進み、振動板４を介して圧力発生手段から吐出エネルギを送られ、ノズル１からインクを吐出する。

ここで、インク供給路６が２経路あり、どちらもマニホールド５に連通している。本発明の特徴として、１経路にはインク供給路６とマニホールド５の間にフィルタ８が介在し、他方は貫通孔９を介してマニホールド５と直接繋がっている。

インク流路はプレートを積層して形成される。具体的には、複数のノズル１が並ぶノズルプレート１０と、圧力室２、リストリクタ３及びマニホールド５からなるチャンバープレート１１と、振動板４、フィルタ８及び貫通孔９からなるダイアフラムプレート１２と、インク供給路６及び圧力発生源７を包含する補強プレート１３とからなる。

ノズルプレート１０はステンレス又はニッケル合金などの金属をエッチング、電鋳又はプレス加工を行ってノズル１を形成して作製する方法があるが、ここではＳｉを用いてドライエッチングで作製している。

図３にチャンバープレート１１を示す。チャンバープレート１１も金属のエッチング、電鋳又はプレス加工や、Ｓｉのエッチング加工で形成することが出来る。プレス加工の場合、チャンバープレート１１とリストリクタ３などを別々に作製して積層して作製する。Ｓｉの場合、一枚の板に高精度・高アスペクト比を持つ圧力室２やリストリクタ３を形成することが出来る。ここではＳｉのウェットエッチング加工にて形成している。チャンバープレート１１にはノズル１の位置に対応して圧力室２が形成され、リストリクタ３と連通している。リストリクタ３はマニホールド５に連通している。ここではマニホールド５はチャンバープレート１１を貫通しており、ノズルプレート１０とダイアフラムプレート１２に挟まれて部屋を形成する。

図４にダイアフラムプレート１２を示す。ダイアフラムプレート１２は金属や樹脂フィルム、あるいはＳｉなどから形成することが出来る。ここでは樹脂であるアラミドフィルムに金属であるＦｅ−４２Ｎｉの補強部を接合した積層ダイアフラムプレート１２を用いている。補強部は振動板４となる部分、及びフィルタ８、貫通孔９となる部分はエッチングにより除去されている。マニホールド５に接する領域にはフィルタ８と貫通孔９が一定間隔を置いて形成される。フィルタ８はレーザー加工にて形成され、ノズル１径よりも小さい無数の穴が配列されている。フィルタ８が形成されている領域、及び貫通孔９が形成されている領域はすべて、チャンバープレート１１のマニホールド５が位地する領域に納まるように形成されている。

図５、図６は、他の形態のダイアフラムプレート１２を示す。図５は、貫通孔９が中心にあり、フィルタ８に供給する貫通孔９が２つある。どちらからもフィルタ８を通すことが出来るので、フィルタ８を通すことがメインなインクを使用する際に有利である。図６は貫通孔９が２つあるので、微粒子が入ったインクに適している。これらはヘッドを複数並べて印刷するラインプリンタを作製する場合、インクの供給路を両端のどちらかを選べるので利用しやすい。

金属で作製する場合、例えばステンレスのエッチングでも作製することが出来る。この場合、フィルタ８と貫通孔９はエッチングにより一度の行程で作製することが出来る利点がある。また電鋳で作製する方法もある。この場合もエッチングの場合と同様である。

補強プレート１３は比較的精度が低く作製出来るので金属を機械加工にて作製している。図７に補強プレート１３の断面図を、図８に同ダイアフラム側から見た図を示す。補強プレート１３にはインク供給路６が２経路用意され、そのうち１経路はダイアフラムと接する側にフィルタ８とほぼ同等の領域に溝１４が掘られている。これによりフィルタ８全域にインクを供給することが出来る。材質はここではＦｅ−４２Ｎｉを用いている。

これらのプレートを接着剤にて接合する。この構成ではＳｉとアラミドとＦｅ−４２Ｎｉを用いており、熱膨張係数がほぼ同じであるので接合による反りやうねりが発生しない。圧力発生源７と振動板４がある領域には駆動部穴１５が設けられる。

圧力発生源７はここでは圧電素子を用いている。圧電素子は振動板４に夫々接合され、図示しない電気経路より電気信号が印加により、選択的に振動板４を加圧する。なお、ここでは圧電素子の先端が振動板４と接する部分において、最も小さくなるように加工されている。

このような構成ならば、マニホールド５に対し、フィルタ８により異物の無いインクを供給することも、フィルタ８で詰まるようなインクを供給することも容易である。

図９〜１２は、本発明の特徴であるリフレッシュ行程を示すものである。リフレッシュとはインク流路内、例えば圧力室２内などに侵入した異物や、フィルタ８に詰まった異物を、通常の吐出時に流れる方向とは逆方向に洗浄液などを流して、排出するものである。特にフィルタ８が詰まると吐出流量が増えた時に供給が間に合わず、不吐出を発生しやすくなる。

リフレッシュ行程は、第１に、図９に示すように、ノズル１側より洗浄液、例えばアセトンなどを治具等により流し、圧力室２、リストリクタ３を通ってマニホールド５に流入させる。この時、フィルタ８の無い第２のインク供給路６は流れを閉じる弁により、閉じた状態にしてフィルタ８のある第１のインク供給路６のみに洗浄液が流れるようにする。

ここでは流路を閉じるだけの弁の為、流路の途中にあるが、三方弁などを用いれば、分岐点に弁を設けられるので、洗浄液とインクの接触を減らすことが出来る。フィルタ８を介して流れた洗浄液は第１のインク供給路６を通った後、インク排出タンクへと向かう。インク排出タンクに逆支弁などを設けておけば、排出した洗浄液やインクの逆流を防ぐことが出来る。

第２に、図１０に示すように、ノズル１側を封じ、インクタンクの繋がる経路の弁を開放し、インクタンク側よりインクを流してフィルタ８を介してマニホールド５に流す。ノズル１側が封じられているのでインクは第２のインク供給路６を通って、インク排出タンクに流される。このインクはフィルタ８を通過しているので異物等が無い。

第３に、図１１に示すように、第２のインク供給路６を封じ、ノズル１側を開放し、インクをノズル１側から排出する。

このような３行程を行なうことにより、インク流路内の異物や、フィルタ８に詰まった異物を除去することが出来、ヘッド洗浄を行なうことが出来る。

図１２は、第２のフィルタ８洗浄方法を示したものである。第２の供給路より洗浄液を注入後、マニホールド５を介して、フィルタ８に逆向きの流れを作り、フィルタ８の異物をインク回収タンクに排出する。次にインクを流して、フィルタ８を通し、第２のインク供給路６を介してインク回収タンクに初期のインクを排出する。

この方法であれば、圧力室２やリストリクタ３に対して、洗浄工程で異物などが混入する可能性を低くすることが出来る。

以上述べたような構成であれば、ヘッド構成を換えずに多種のインクを使用することが出来る。例えば、樹脂の中に粒子が入ったものなどは、フィルタ８を介すと詰まる可能性が非常に大きい。そこでこのような場合は、貫通孔９の側からインクを供給すれば詰まることなくインクを供給できる。フィルタ８の無いヘッドを作製すればこのような問題は発生しないが、製造したヘッドの吐出評価を行なってから出荷する場合などは一旦評価用インクで評価を行なう為、その時点で異物が流入する恐れがある。本構成であれば、評価用インクをフィルタ８側から供給することが出来るので、信頼性が良い。

本発明の実施例であるインクジェットヘッドの断面図である。本発明の実施例であるインクジェットヘッドの断面図である。本発明の実施例におけるチャンバープレートの正面図である。本発明の実施例におけるダイアフラムプレートの正面図である。本発明の実施例におけるダイアフラムプレートの他の例を示す正面図である。本発明の実施例におけるダイアフラムプレートの他の例を示す正面図である。本発明の実施例における補強プレートの断面図である。本発明の実施例における補強プレートの底面図である。本発明の実施例におけるヘッドのリフレッシュ行程を示す図である。本発明の実施例におけるヘッドのリフレッシュ行程を示す図である。本発明の実施例におけるヘッドのリフレッシュ行程を示す図である。本発明の実施例におけるヘッドのリフレッシュ行程を示す図である。従来のインクジェットヘッドの平面図である。図１３のＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１はノズル、２は圧力室、３はリストリクタ、４は振動板、５はマニホールド、６はインク供給路、７は圧力発生源、８はフィルタ、９は貫通孔、１０はノズルプレート、１１はチャンバープレート、はダイアフラムプレート、１３は補強プレート、１４は溝、１５は駆動部穴である。

Claims

圧力室に連通したノズルと、インクを加圧する圧力室と、圧力室の蓋板をなす振動板と、が複数ならんで形勢されており、複数の圧力室にインクを供給するマニホールドと該マニホールドとインクタンクとを結ぶインク供給路からなるインク流路を、加圧手段を用いてノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記マニホールドにはフィルタが形成されており、前記マニホールドには前記インク供給路が２経路設けられ、前記インク供給路の一方は前記フィルタを通して圧力室と連通し、他方は前記フィルタを介在せずに圧力室と連通する貫通孔であることを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。
前記フィルタは振動板を形成するダイアフラムプレートと一体であ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。
前記貫通孔は前記ダイアフラムプレート上にあることを特徴とする前記項１記載のインクジェットヘッド
前記ダイアフラムプレートはポリイミドで形成され、前記フィルタ及び前記貫通孔はレーザー加工にて形成され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。
前記ダイアフラムプレートは金属で形成され、前記フィルタ及び前記貫通孔はエッチングにて形成され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。
前記ダイアフラムプレートは前記フィルタ、前記貫通孔と共に電鋳にて一体で形成され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。
ノズルに連通する複数の圧力室に連通するインク溜めであるマニホールドに前記ノズルより小さいフィルタ領域と貫通孔を形成したインクジェットヘッドにおいて、インクの内部に微粒子などが混在する場合は前記貫通孔を、液体のみである場合は前記フィルタを介してマニホールドにインクを供給するインクジェットプリンタヘッドの制御方法。
ノズルに連通する複数の圧力室に連通するインク溜めであるマニホールドに前記ノズルより小さいフィルタ領域と貫通孔を形成したインクジェットヘッドにおいて、前記インクジェットヘッド内部を洗浄する際、第一に洗浄液をノズルからマニホールドへ注入して貫通孔に洗浄液を流動させ、第二に洗浄液をフィルタからマニホールドへ注入して貫通孔に洗浄液を流動させる、第三に洗浄液をフィルタからマニホールドへ注入してノズルから洗浄液を流動させることを特徴とするインクジェットヘッドの洗浄方法。