JP2006315200A - インクジェット記録ヘッドのメンテナンス方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェット記録ヘッドの空吐出又は吸引によるメンテナンス処理において、ノズル近傍の増粘又は固化したインクを再溶解し排出して、正常なインクと置換し確実に保全維持させるインクジェット記録ヘッドのメンテナンス方法の提供。
【解決手段】加圧パージ状態時にヘッドの圧電素子を非吐出駆動波形で駆動させてノズル近傍の増粘又は固化したインクを再溶解して、再溶解したインクをノズルから排出することによりノズル近傍のインクを正常なものと置換するインクジェット記録ヘッドのメンテナンス方法。
【選択図】 図３

Description

本発明は、インクジェット方式により画像を形成する画像形成装置に係り、特に搭載されるインクジェット記録ヘッドのメンテナンス方法に関する。

一般に、インク滴を吐出して画像を形成するインクジェット方式による記録ヘッドを備える画像形成装置が知られている。この記録ヘッドは、複数のノズルが一列又は複数列に配列され、記録媒体搬送機構により搬送される記録媒体に対して、インク滴を吐出することにより、高速、高画質の画像を記録している。

このような画像形成装置では、インクジェット記録ヘッドを構成するインク室のインク吐出口に記録媒体の紙粉などのゴミが付着して目詰まりを起こしたり、インク吐出口に気泡が入ってインクの表面張力を崩したりすることが多々ある。これらが原因でインク室からのインクの吐出が不能になったり、吐出方向が曲がったりすることがあった。また、長期期間に亘り、ノズルからインクを吐出させない状態で放置すると、インクジェット記録ヘッドのインク吐出口付近のインクが増粘し、又は固化してしまいインクの吐出が不能になったり、吐出方向が曲がったりすることがあった。そこで、従来から、この様な状況を速やかに回復する為のメンテナンス動作は不可欠とされてきた。メンテナンス動作の中にはヘッドからインクを押し出す加圧パージ、又はヘッドからインクを吸い出す吸引パージが一般的に知られている。しかしながら、長期放置によってインク吐出口近傍のインクが固化してしまうと加圧パージや吸引パージだけではなかなか回復させることが困難である。

これらの回復方法として、前回のメンテナンスから所定期間以上経過した場合には印字時とは異なった駆動波形でヘッドを動作させる方法が知られている。例えば、特許文献１においてはインクジェットヘッド駆動回路において、印字用駆動波形と空吐出用駆動波形の２種類の駆動波形を選択して出力できる駆動波形発生回路を備え、ヘッド回復動作時の空吐出では、回復力を重視した空吐出用の駆動波形を印字時では印字用の駆動波形を選択できるようになっている。また、図１１に示すように前回のヘッド回復処理を行ってからの経過時間（ステップＳ１，Ｓ２）によって、空吐出による回復処理を行うか（ステップＳ３）、吸引による回復を行うか（ステップＳ４）選択する。
特開平１１−２１６８７９号公報

しかし、前述した空吐出による回復処理方法では長期放置によって、インクジェット記録ヘッドのノズル近傍のインクが固化した状態においては、必ずしもインクを吐出することができるものではなく、又は回復させるのにも時間を要してしまう。
そこで本発明は、例えば、長期間に亘りノズルからのインク吐出が行われずに放置されているインクジェット記録ヘッドのメンテナンス処理において、インク加圧パージ中に非吐出駆動波形でヘッドを駆動することにより、ノズル近傍の増粘、又は固化したインクを再溶解し排出して、正常なインクと置換し確実に保全維持させるインクジェット記録ヘッドのメンテナンス方法を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、第１に、画像形成装置に搭載され、記録媒体に対してインクを吐出する多数の吐出ノズルを配置したノズルプレートを有するインクジェット記録ヘッドのメンテナンス機構によるメンテナンス方法であって、前記インクジェット記録ヘッドに対するヘッドメンテナンス中に、前記インクジェット記録ヘッドを非吐出駆動波形で駆動するインクジェット記録ヘッドのメンテナンス方法を提供する。

第２に、画像形成装置に搭載され、記録媒体に対してインクを吐出する多数の吐出ノズルを配置したノズルプレートを有するインクジェット記録ヘッドのメンテナンス機構によるメンテナンス方法であって、ヘッドメンテナンス中に前記インクジェット記録ヘッドを吐出駆動波形と非吐出駆動波形で交互に駆動するインクジェット記録ヘッドのメンテナンス方法を提供する。

第３に、画像形成装置に搭載され、記録媒体に対してインクを吐出する多数の吐出ノズルを配置したノズルプレートを有するインクジェット記録ヘッドのメンテナンス機構によるメンテナンス方法であって、加圧パージにより前記インクジェット記録ヘッドから押し出されたインクを回収する部材間に液柱を形成した状態で前記インクジェット記録ヘッドを吐出駆動波形で駆動するインクジェット記録ヘッドのメンテナンス方法を提供する。

本発明によれば、インクジェット記録ヘッドのメンテナンス処理において、加圧パージ中に非吐出駆動波形でヘッドを駆動するメンテナンス方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１乃至図８及び図１０を参照して、本発明に係る第１の実施形態について説明する。図１は本実施形態における画像形成装置の概略断面図である。図２は画像形成装置に搭載される記録ヘッドのメンテナンス時におけるプラテン部の移動動作の概略を示す図である。
以下の各実施形態の説明において、図中、記録媒体３３の搬送方向をＸ軸方向又は副走査方向とし、この搬送方向と直交する方向をＹ軸方向又は主走査方向又は記録媒体３３の幅方向としている。Ｘ軸及びＹ軸方向に直交する方向をＺ軸方向又は上下方向とする。

まず、図１及び図２を参照して画像形成装置の構成について説明する。
画像形成装置は主として、記録媒体３３を下流へ供給する給紙部と、給紙部の下流に配置され、記録媒体３３を吸着搬送するベルトプラテンユニット５２である記録媒体搬送部と、記録媒体搬送部に対向配置し吐出口から記録媒体３３へインクを吐出して画像を形成する記録部と、記録媒体３３を排出する排出部とにより構成される。

この給紙部は、記録媒体３３を収容する給紙台１と、給紙台１に収容された記録媒体３３と接触し１枚ごとに取り出すピックアップローラ２と、ピックアップローラ２の搬送下流に配置され副走査方向に対して位置合わせを行うことで搬送方向を補正し、長手方向中心軸がＹ軸方向に延在するように配置されているレジストローラ３により構成される。
記録媒体搬送部は、駆動ローラ１８、従動ローラ６０、テンションローラ６１及び、これらに掛け渡されてベルトコンベアを形成し、図示しない複数の小径の孔を備えた無端ベルトである搬送ベルト３１を有している。

駆動ローラ１８及び従動ローラ６０の間に設けられたプラテン１９は、記録媒体搬送面に配置され図示しない多数の開口した小径の孔を介して搬送された記録媒体３３を搬送ベルト３１上に負圧吸引するための複数の吸着ファン２０を設けている。吸着ファン２０は、図示しない搬送ベルト３１に設けられた開口した多数の小径の孔を通じて負圧吸引する。これにより給紙部から搬送された記録媒体３３を搬送ベルト３１上に吸着しつつ、駆動ローラ１８の回転による搬送ベルト３１の移動に伴い搬送される。

記録媒体搬送部に対向配置する記録部は、複数色のインク、例えばブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）及びイエロ（Ｙ）等を個別に充填するＫインクボトル５、Ｃインクボトル６、Ｍインクボトル７、Ｙインクボトル８と、これらボトルに図示しないチューブを介して接続したＫサブタンク２２、Ｃサブタンク２３、Ｍサブタンク２４及びＹサブタンク２５と、これらタンクからインクを供給するインク供給経路１３〜１６と、これらのインク供給経路１３〜１６から各色インクを吐出して画像形成を行う複数のインクジェット記録ヘッド（以下、ヘッドと称する）９〜１２と、を有している。また、記録媒体搬送部下流に配置された排紙部は、記録された記録媒体を搬送する排紙ローラ３２とストッカ２７を有している。

次に、ヘッドのメンテナンス動作について説明する。
図１０は、図１に示しているメンテナンス機構３０の拡大断面図である。メンテナンス機構３０にはキャップ兼吸引ノズル５４及び支持体６３に固定されたワイプ６８を備えている。キャップ兼吸引ノズル５４には、複数の空気取り入れ口６４及び吸引孔６７を備え、吸引動作時にはキャップ上に滴下されたインクを吸引除去し、キャップ装着時には図示しない経路封止部材により空気取り入れ口６４及び吸引孔６７を外気から遮断する。

キャップ兼吸引ノズル５４及びワイプ６８を備えたメンテナンス機構３０は、印字動作中において、インク供給経路１３〜１６の下方に収納され、記録媒体搬送の妨げにならないように構成されている。メンテナンス機構３０及びメンテナンスプレート１７は、プラテン１９上に載置されており、メンテナンス動作をする場合にはプラテン１９がＺ軸に沿った矢印Ａの方向に下降するに伴って、メンテナンス機構３０及びメンテナンスプレート１７も下降する。

その後、メンテナンス機構３０及びメンテナンスプレート１７は、図示しない移動機構により矢印Ｂの方向へ移動し、メンテナンス機構３０がヘッドのノズル面の下に配置される。その後、矢印Ａと逆の方向にプラテン１９がメンテナンス機構３０のキャップ兼吸引ノズル５４がヘッド９〜１２から僅かに離間したところまで上昇する。

このような離間状態において、加圧源２１は、サブタンク２２〜２５及びインク経路１３〜１６を経て、ヘッド９〜１２を加圧パージしてノズル５６からインクを押し出す。押し出されたインクは、メンテナンス機構３０にあるキャップ兼吸引ノズル５４上に滴下され、キャップ兼吸引ノズル５４の吸引孔６７を介して廃液ボトル２８に回収される。

次に、ノズル面の清掃をするために更に矢印Ａの方向にプラテン１９がメンテナンス機構３０にあるワイプ６８がヘッドに当接する位置まで下降させる。当接した状態でＹ軸方向に移動して、ノズル５６及びノズルプレート６２に付着した異物等を掻き取る。その後、負圧源２６によりメンテナンス機構３０にある吸引ノズルを介してノズルプレート６２上の余分なインクを吸い取る。吸い取られたインクは廃液ボトル２８に回収される。

次に、図７及び８を用いてヘッドの構造について説明する。
各ヘッド９〜１２は、２個のヘッドを記録媒体３３の搬送方向に離間させ、２列のノズル列５６を互いにノズル配列の半分のピッチ量ずらして、２倍のノズルピッチを得る様に配置した組合せヘッドとしている。図７は、加圧パージする時のヘッド９とキャップ５４の位置関係を示し、図８は図７の矢印Ｃの方向から見たヘッドの拡大断面図である。本実施形態では圧電素子によりインクを吐出する方式を採用している。チャネル５８にはインクが充填され圧電素子５７に電圧が印加されることによりチャネル５８の容積が変化しノズル５６からインクを吐出する。

本実施形態では、加圧パージ中に圧電素子５７を駆動することによってメンテナンスを実施しているが、以下にその詳細に説明する。
まず、図３を用いて加圧パージの圧力波形について説明する。ヘッド９〜１２はサブタンク２２〜２５に連通しているため、ヘッド内はメンテ開始前の圧力Ｐ３のように負圧に保たれている。ｔ１はメンテナンスが開始される前の時間である。加圧源２１によりパージ圧ｐ１を発生させパージ時間ｔ２経過後に加圧源２１の圧力は図示しない大気開放弁によって減圧され、微小な正圧ｐ２で吸引時間ｔ３だけ保持させる。この時、吸引ノズルによってノズルプレート６２上の余分なインクが吸引除去される。吸引動作が完了すると加圧源２１は、大気に開放されて圧力ｐ３となりメンテナンスが終了する。

図７は、加圧パージする時のヘッド９とキャップ５４の位置関係を示す。
ヘッド９の下側にキャップ５４が配置され、図６のように加圧パージされてノズル５６から押し出されたインク５３はキャップ上に滴下する。

次に図４及び図５を用いてヘッドの駆動波形について説明する。
図４は、インクを吐出するための吐出駆動波形でドライブ電圧Ｖ１を印加してドライブ時間ｔ１１の間、保持する。次に、リリース電圧Ｖ２を印加して、リリース時間ｔ１４の間保持する。その後、電圧を０Ｖにして休止時間ｔ１３の間保持する。前記リリース電圧Ｖ２を印加した時には、インクがノズル５６から吐出される。本実施形態の加圧パージ中には吐出駆動波形は適用しない。これは、加圧パージ中であっても吐出駆動波形を適用するとインクが吐出してしまいインクミストが発生するからである。

ノズル５６から押し出されたインク５３は、ノズル５６近傍において常に滞留している訳ではなく、インクが一部にまとまり部分的にはインクが少なくなっているところが発生する。このような状態になると、ノズル５６にメニスカスが形成されていなくてもインクが吐出されることを経験的に得ているためである。

図５はインクを吐出しない非吐出駆動波形でドライブ時間ｔ１５及びリリース時間ｔ１８を前記吐出駆動波形のドライブ時間ｔ１１及びリリース時間ｔ１４の１／４以下とすることでヘッド内の波動タイミングをずらしノズル５６からインクを吐出しないようにしている。本実施形態ではこの非吐出駆動波形を加圧パージ中に適用している。ノズル５６近傍のインク５３の有無に関係なくインクが吐出しない結果を経験的に得ている。

本実施形態では電圧印加時間を短くしているので、吐出駆動波形と同じ電圧又はさらに高い電圧を印加してもノズルからのインクを非吐出とし、インクミストを発生させない。ヘッドの耐電圧やドライブ回路の能力に応じて印字時の吐出駆動電圧より高い非吐出駆動電圧を設定し、非吐出となる電圧印加時間を設定すれば良い。ノズル近傍に増粘、又は固化したインクを再溶解するためには圧電素子５７の挙動を大きくした方が効果的であるためドライブ電圧Ｖ３及びリリース電圧Ｖ４は大きい方が好ましく本実施形態では圧電素子５７に印加可能な最高電圧を付与している。

以上のように加圧パージを実施している間に前述の非吐出駆動波形を圧電素子５７に適用することで、まず、非吐出駆動波形にてノズル近傍の増粘、又は固化したインクを再溶解し、再溶解したインクから加圧パージにてノズル５６の外へ押し出すことによってノズル近傍のインクを正常なインクに置換することができる。従って、長期放置等によってインクが変質したとしても不吐出や吐出曲がりのない良好な画質を得るメンテナンス方法を提供することができる。

また、本実施形態では非吐出駆動波形の電圧として、印字時の吐出駆動電圧より高い非吐出駆動電圧とし、電圧印加時間を短くした。しかし、ノズル近傍のインクが振動すればノズル近傍の増粘、又は固化したインクを再溶解できるので、印字時の吐出駆動電圧より低い電圧としても良い。また、本実施形態では加圧パージ中にヘッドを非吐出駆動波形で駆動しているが、吸引パージ中にヘッドを非吐出駆動波形で駆動しても同様の効果が得られることは明らかである。

次に、第２の実施形態について説明する。
本実施形態は、前述した第１の実施形態と同等の構成であるが、駆動方法が異なっている。前述した第１の実施形態では、加圧パージ中に非吐出駆動波形を適用した例であったが、本実施形態では、図４に示した吐出駆動波形と図５に示した非吐出駆動波形を交互に印加することによって、ノズル５６近傍で増粘、又は固化したインクを再溶解させる。但し、吐出駆動波形を印加に伴い、インクが吐出され、インクミストが発生することになるため、インクミストが発生しても装置内に拡散しない程度にする必要がある。本実施形態では、吐出駆動波形の印加時間を非吐出駆動波形の印加時間の１／２以下が好適する。

次に、第３の実施形態について説明する。
本実施形態は、前述した第１の実施形態と同等の構成であるが、駆動方法が異なっている。前述した第１の実施形態の加圧パージにおいては、図６に示したようにノズル５６から押し出されたインク５３がキャップ５４上に滴下され、キャップ５４と常に接触している状態ではない。

これに対して本実施形態では、図９に示す様にインク５５がノズル５６とキャップ５４の間で常に繋がっている液柱状態にしている。この様な状態にするためには図３におけるパージ圧ｐ１及びパージ時間ｔ２を長く設定することとノズル５６とキャップ５４の離間距離を短くすることで可能である。本実施形態では経験的に得られた一例として、パージ圧を２５ｋＰａ以上、パージ時間を１０秒以上、ノズル５６とキャップ５４の離間距離を５mm以内に設定している。

前述した第１の実施形態では、加圧パージ中に図５に示すような非吐出駆動波形を印加していたが、本実施形態では図４に示した吐出駆動波形を印加する。
前述したようにノズル５６とキャップ５４の間をインク５５で満たし、液柱状にすることで吐出駆動波形を適用してもインクミストの発生がなくなり、ノズル近傍の増粘、又は固化したインクを再溶解し、再溶解したインクから加圧パージにてノズル５６の外へ押し出すことによってノズル近傍のインクを正常なインクに置換することができる。なお、本実施形態では、吐出駆動波形の駆動電圧（ドライブ電圧、リリース電圧）が大きい程、インクの再溶解に効果があるため、圧電素子に印加可能な最高電圧を付与している。

以上のように本実施形態のメンテナンス方法は、長期放置等によってインクが変質したとしても、溶解して排出してしまうため、ノズルが保全維持され、不吐出や吐出曲がりのない良好な画質を得ることができる。

なお、上述した実施形態は、インクの吐出方法として、圧電素子を用いた圧電方式のヘッドであるが、これに限らず、例えば所謂バブルジェット（登録商標）方式のヘッドにおいても同様に適用することができる。この場合には、圧電素子の駆動電圧に変えて、ヒータの駆動電圧とすればよい。

以上説明したように、本発明のインクジェット記録ヘッドのメンテナンス方法によれば、以下のような効果を得ることができる。
１．本発明のインクジェット記録ヘッドのメンテナンス方法は、加圧パージ中にヘッドの圧電素子を非吐出駆動波形で駆動することにより、装置内にインクミストが飛散することなしに、ノズル近傍の増粘、又は固化したインクを再溶解することができ、再溶解したインクをノズルから排出することにより、ノズル近傍のインクを正常なものと置換することで不吐出や吐出曲がりが発生しない。
２．本発明のインクジェット記録ヘッドのメンテナンス方法は、加圧パージ中にヘッドの圧電素子を非吐出駆動波形で駆動することにより、加圧パージによるノズル近傍の増粘、又は固化したインクを排出して回復させる方法と比較して、格段に少ない量の廃液量で回復させることができる。
３．本発明のインクジェット記録ヘッドのメンテナンス方法は、加圧パージ中にヘッドの圧電素子を吐出駆動波形と非吐出駆動波形を交互に駆動することにより、ノズル近傍の増粘、又は固化したインクを再溶解させやすくなり、少ない廃液量で回復させることができる。
４．本発明のインクジェット記録ヘッドのメンテナンス方法は、加圧パージ中にインクの回収部材との間に液柱を形成した状態でヘッドの圧電素子に吐出駆動波形で駆動することにより、加圧パージによるノズル近傍の増粘、又は固化したインクを排出して回復させる方法と比較して、格段に少ない量の廃液量で回復させることができる。

本発明の第１の実施形態における画像形成装置の概略断面を示す図である。 画像形成装置に搭載される記録ヘッドのメンテナンス時におけるプラテン部の移動動作の概略を示す図である。 パージ圧力とパージ時間の関係によるヘッドの駆動について説明するための図である 吐出駆動波形とドライブ時間の関係によるヘッドの駆動について説明するための図である。 本発明の第２の実施形態における吐出駆動波形とドライブ時間の関係によるヘッドの駆動について説明するための図である。 加圧パージによりノズルからインクが押し出される状態について説明するための図である。 加圧パージする時のヘッドとキャップの位置関係を示す図である。 図７の矢印Ｃの方向から見たヘッドの拡大断面図である。 本発明の第３の実施形態における液柱状にインクを吐出させるヘッドの駆動について説明するための図である。 図１に示すメンテナンス機構の拡大断面構成を示す図である。 従来の回復方法について説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１…給紙台、２…ピックアップローラ、３…レジストローラ、４…画像形成装置本体、５…Ｋインクボトル、６…Ｃインクボトル、７…Ｍインクボトル、８…Ｙインクボトル、９〜１２…インクジェット記録ヘッド、１３〜１６…インク供給経路、１７…メンテナンスプレート、１８…駆動ローラ、１９…プラテン、２０…吸着ファン、２１…加圧源、２２…Ｋサブタンク、２３…Ｃサブタンク、２４…Ｍサブタンク、２５…Ｙサブタンク、２６…負圧源、２７…ストッカ、２８…廃液ボトルカ、２９…画像形成装置架台、３０…メンテナンス機構、３１…搬送ベルト、３２…排紙ローラ、３３…記録媒体。

Claims (10)

1. 画像形成装置に搭載され、記録媒体に対してインクを吐出する多数の吐出ノズルを配置したノズルプレートを有するインクジェット記録ヘッドのメンテナンス機構によるメンテナンス方法であって、
   前記インクジェット記録ヘッドに対するヘッドメンテナンス中に、前記インクジェット記録ヘッドを非吐出駆動波形で駆動することを特徴とするインクジェット記録ヘッドのメンテナンス方法。
2. 前記非吐出駆動波形の駆動電圧の印加時間は、前記記録媒体に対してインクを吐出し画像形成する時の電圧印加時間よりも短いことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドのメンテナンス方法。
3. 前記非吐出駆動波形の駆動電圧は、前記記録媒体に対してインクを吐出し画像形成する時の電圧よりも高いことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１つに記載のインクジェット記録ヘッドのメンテナンス方法。
4. 前記ヘッドメンテナンスは加圧パージであることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドのメンテナンス方法。
5. 前記ヘッドメンテナンスは吸引パージであることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドのメンテナンス方法。
6. 画像形成装置に搭載され、記録媒体に対してインクを吐出する多数の吐出ノズルを配置したノズルプレートを有するインクジェット記録ヘッドのメンテナンス機構によるメンテナンス方法であって、
   ヘッドメンテナンス中に前記インクジェット記録ヘッドを吐出駆動波形と非吐出駆動波形で交互に駆動することを特徴とするインクジェット記録ヘッドのメンテナンス方法。
7. 前記吐出駆動波形の駆動時間は前記非吐出駆動波形の駆動時間の１／２以下であることを特徴とする請求項６に記載のインクジェット記録ヘッドのメンテナンス方法。
8. 画像形成装置に搭載され、記録媒体に対してインクを吐出する多数の吐出ノズルを配置したノズルプレートを有するインクジェット記録ヘッドのメンテナンス機構によるメンテナンス方法であって、
   加圧パージにより前記インクジェット記録ヘッドから押し出されたインクを回収する部材間に液柱を形成した状態で前記インクジェット記録ヘッドを吐出駆動波形で駆動することを特徴とするインクジェット記録ヘッドのメンテナンス方法。
9. 前記吐出駆動波形の駆動電圧は、前記記録媒体に対してインクを吐出し画像形成する時の電圧よりも高い電圧に設定することを特徴とする請求項８に記載のインクジェット記録ヘッドのメンテナンス方法。
10. 前記インクジェット記録ヘッドと前記インクを回収する部材との離間距離を５ｍｍ以内に設定することを特徴とする請求項８に記載のインクジェット記録ヘッドのメンテナンス方法。

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