JP2007296640A

JP2007296640A - 液体噴射記録装置

Info

Publication number: JP2007296640A
Application number: JP2006123864A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Shigemura; 芳裕茂村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-04-27
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2007-11-15

Abstract

【課題】高解像度化、高速化したフルラインタイプのインクジェット記録装置で、連続印字時であってもインクジェットヘッドの温度上昇を抑制し、かつ、印字不良の生じることのないインクジェット記録装置を提供する。
【解決手段】液体貯蔵タンクと、液体吐出動作中であっても液体貯蔵タンクから液体噴射ヘッド内を通過して液体貯蔵タンクへ戻ってくる液体循環経路内で液体を循環可能な液体供給系を有し、液体噴射ヘッドから液体貯蔵タンクへ戻ってくる液体経路の少なくとも一部は気体透過性の高い材料とし、液体貯蔵タンクから液体噴射ヘッドへ液体が流れていく液体経路は気体透過性の低い材料で構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体噴射ヘッドの吐出口から液体を吐出して、記録媒体に画像を記録する液体噴射記録装置(インクジェット記録装置)に関するもので、中でも、液体噴射ヘッドの吐出口列の長さが、記録媒体の幅とほぼ等しい長さを有し、液体噴射ヘッドと記録媒体の１回の相対移動のみにより記録媒体ほぼ全面に画像記録を行うフルラインタイプのヘッドを用いた、液体噴射記録装置に関するものである。

インクジェット記録装置は、いわゆるノンインパクト記録方式の装置であり、高速な記録と様々な記録媒体に対して記録することが可能であり、記録時における騒音がほとんど生じないといった特徴を有しており、このようなことから、プリンタ、ワードプロセッサ、ファクシミリ、複写機等の記録機構を担う装置として広く採用されている。

インクジェット記録装置は、液体噴射ヘッドに配設された微小な吐出口から微小な液滴を吐出させ、この液滴を記録媒体に対し付着させるものであり、圧電素子や電気熱変換素子等を用いたものが知られている。このようなインクジェット記録装置は、一般に、液滴を形成するための吐出口（ノズル）をもつ液体噴射ヘッドとこの噴射ヘッドに対して液体(インク)を供給する液体(インク)供給系とから構成され、例えば、電気熱変換素子を用いた液体噴射ヘッドにおいては、電気熱変換素子をノズル内に設け、これに吐出信号となる電気パルスを与えることにより、インクに熱エネルギーを与え、そのときのインクの相変化により生じるインクの発泡（沸騰）時の気泡圧力を液滴の吐出に利用するものである。

また、従来から、インクジェット記録装置では、一定以上の時間放置された場合や、一定量以上の印字動作を行った場合に、インクジェットヘッド内をインク供給系によって加圧したり、吐出口側から負圧を与えて吸引することで、吐出不良の原因となるインクジェットヘッド内にたまった泡の除去のための回復動作をおこなっていた。特に、長尺のフルラインタイプのインクジェットヘッドに関しては、長尺であるがゆえに吸引でなく、加圧で回復動作を行う場合が一般的であった。このような、記録媒体の幅いっぱいに印字幅があるフルラインタイプのインクジェットヘッドを用いた記録装置におけるインクジェットヘッドの回復方法について、特許文献１、特許文献２にその内容が開示されている。

特開平８−２４４２５０では、インク供給系の全体構成が、図７に示すような構成となっている。図中、１３はインク８を吐出する記録ヘッド、６は回復動作時に記録ヘッドにインクが流入する側のゴミ除去装置、７はインクが流出する側のゴミ除去装置、９および１１はポンプ（チューブポンプ）、１０および１２はポンプの制御装置である。記録動作時には、制御装置１０および１２から送られる信号によりチューブポンプ９および１１のそれぞれのチューブが開放される機構となっており、インク８はポンプを自由に通過することができるようになっている。インクは流路２２および２８を介して、チューブの開放されたポンプ９および１１を通ってそれぞれのゴミ除去装置６および７へ入り、ゴミ除去装置内のフィルター１によって濾過される。このフィルター１により、インク中のゴミおよび気泡はフィルター１の上流側に溜り、記録ヘッドには侵入しないため、安定した吐出を保つことができるとしている。

また、回復動作は、装置の電源をＯＮにして記録動作を行う直前や、記録ヘッドの共通液室、ノズル、ゴミ除去装置その他のインク流路途中に気泡が溜った場合にそれを除去するため適時行われ、手順は図８に示すとおりであるとしている。

図８で、まず制御装置１０および１２より制御信号を出し、それぞれポンプ９および１１を動作させる。好ましくは、図８に示される様に、ポンプ９を始動した後にポンプ１１を始動する。これにより、吐出口１５から気体を引き込むことを防止できるからである。ポンプ９は図７のＡからＢの方向へ、ポンプ１１は図７のＣからＤの方向へインクを圧送する。ポンプ９とポンプ１１の単位時間当りのインク圧送量はほぼ等しくしている。

このインク循環の際にそれと並行して、図８のＳ３、Ｓ４に示される様に、ヘッドのインク吐出用素子を所定時間駆動して例えばキャップに対して予備吐出を行う。インク循環と予備吐出とが相まって、高い回復効果を得られるからである。

次に、記録ヘッドのノズル内に残っている気泡を除去するため、図８のＳ５、Ｓ６に示される様に、回復動作の最後に復路側（流出側）のポンプ１１を先に停止し、約０．５秒後に往路側（流入側）のポンプ９を停止する。ポンプ１１が停止してポンプ９が動作している０．５秒間は、共通液室１４内が加圧になることから、吐出口１５からインクが流出し、ノズル内に溜っていた気泡が押し出される。

以上のように、本従来例では、廃インクとして捨てるのは、ノズル内の気泡を除去するための極くわずかな量のインクのみであり、流路や共通液室の気泡を除去するためにインクを浪費することがないとしていた。

また、従来の装置のように、吐出口からのインクの流出を見込んで復路側に十分インクが流れるよう容量の大きなポンプを使用する必要がないため、小容量の簡単な構造のポンプでも効果的に気泡の除去を行うことができるとしていた。

次に、第二の従来例特開平１１−１９８４０３のインク供給系について、図９を用いて説明する。インク８は、インクタンク２１からインク流路２２を介して記録ヘッド１３の共通インク室２３内に供給される。共通インク室２３内に供給されたインク８は、毛管現象によりインク路２４に供給され、インク路２４先端の吐出口１５でメニスカスを形成することにより、安定に保持される。ここでインク路２４内に設けられた電気熱変換体に通電することにより、電気熱変換体の上に位置するインク８が加熱されて発泡現象が発生し、その発泡エネルギーにより吐出口１４からインク滴が吐出される。３２はインク流路２２に介装されたフィルタユニット、３３はインク流路２８に介装されたフィルタユニットである。３４は、これらフィルタユニット３２、３３に隣接してインク流路２２およびインク流路２８を覆うように設けられたインク加熱装置であり、プリント開始の操作で各記録ヘッド１３の電気熱変換体が画像データに応じて駆動されると同時に、インク流路２２およびインク流路２８内のインク８を加熱し始める。この時、回復ポンプ２９、３０はその作動を停止した状態にあり、インク８は、記録ヘッド１３から吐出されるインク８の消費に伴い、毛管現象によってインクタンク２１からインク流路２２およびインク流路２８を通ってインク加熱装置３４に入り、ここで温められてフィルタユニット３２、３３にそれぞれ組み込まれたフィルタ３５を通過し、記録ヘッド１３に供給される。この間に、インク８に含まれる異物がフィルタ３５に捕捉され、記録ヘッド１３側へは供給されない。

フィルタ３５を通過するインク８は、インク加熱装置３４によって加熱されてその粘度が低下しているため、インク８中に気泡が混在していても、この気泡はフィルタ３５に捕捉されることなく、フィルタ３５を通過するため、フィルタ３５に気泡が捕捉されることによって、インク流路２２やインク流路２８内を流れるインク８の流路抵抗が増大してしまうような不具合を未然に防止することができる。この結果、シリアルタイプのものよりもインクの消費が大きい本実施例のフルラインタイプの記録ヘッド１３であっても、フィルタ３５の面積やインク流路２２およびインク流路２８の通路断面積を特別に大きく設定せずとも、記録ヘッド１３に対するインク８の供給を円滑に行うことができるとある。
特開平８−２４４２５０号公報特開平１１−１９８４０３号公報

しかしながら、前述したような記録媒体とほぼ同等の幅を有するフルラインタイプのインクジェットヘッドを用いた従来のインクジェット記録装置においては、以下のような問題点があった。

近年、インクジェット記録装置は、高精細化と高速化の傾向がますます強くなり、解像度では、１２００ｄｐｉ→２４００ｄｐｉ→４８００ｄｐｉと、年を追うごとに高解像度の製品が世の中に出されている。高解像度化に伴い、一回に吐出されるインク滴の大きさも、どんどん小さくなり、現在では２ｐｌというような非常に小さなインク滴を吐出可能な製品もある。これと同時に、インクを吐出するノズルの径もどんどん小径化している。

そして、解像度が上がりインク滴が小さくなると、単位面積当たりのインク吐出数を増加させる必要が生じるとともに、高速印字を実現するために、インクの吐出周波数を大幅に増大させる必要が生じてくる。それに伴い、一度に大量のインクを消費するフルラインタイプのインクジェットヘッドを用いる場合に特に顕著になるが、印字速度の高速化のために、印字中に大量のインクをヘッドへ供給し、単位時間当たりに大量にインクを吐出する必要が生じる。

また、フルラインタイプのインクジェットヘッドを用いるインクジェット記録装置の場合は、印字媒体と記録ヘッドの一回のみの相対移動（1パス）で、高速印字を行うので、インクジェットヘッドの往復動によって画像を形成していくシリアルタイプのインクジェット記録装置のように、複数パスに分散して画像形成を行うことで、同時に使用するインク吐出ノズルの数を最大でも複数分の一に少なくすることが不可能であり、常に1パスでヘッド全体を使用する必要があるため、連続印字によるヘッド温度上昇がさらに激しく生じることとなる。インクジェットヘッドの温度が上昇しすぎると、特に、電気熱変換体を用いるインクジェットヘッドの場合には、インクの吐出動作を安定して行うことができなくなり、画像不良を生じてしまうという問題点があった。さらに、インクジェットヘッドの温度が上昇した場合、インクジェットヘッド内のインク温度も同様に上昇してしまう。一般的に、液体中に溶け込むことが可能な気体の量は、液体の温度が低いほど多く、液体の温度が高くなるほど少なくなるという特性を有している。したがって、インクジェットヘッド内のインクの温度が上昇してしまうと、インク中に溶け込んでいた気体が溶解限界を超え、泡となって析出してくる場合がある。インクジェットヘッド内で最も温度が高くなるのは、熱源である発熱抵抗体周辺である。したがって、発熱抵抗体周辺で、最も泡が発生しやすくなることになる。この泡が発生すると、本来沸騰によって生じた発泡パワーによって液体を吐出する吐出のためのパワーが泡によって吸収されたり、正常な沸騰動作ができないで、安定した吐出動作を行うことができなくなってしまう場合があった。このような、吐出不良を生じないようにするために、溶け込んだ気体の量を低減（脱気）されたインクをインクジェットヘッドへ供給する方法が、従来から考案されており、特開平１１−４２７７１で開示される、インクジェット記録方式のカラーフィルタの製造装置のインク供給系では、インク供給経路中に脱気装置を組み込んでいた。ところが、カラーフィルタの製造装置などの生産装置では、スペース的にもコスト的にも余裕があるため、インク供給経路中に脱気装置を組み込むことは可能であったが、オフィス機器であるプリンター装置に脱気装置を組み込むことはスペース的にも、コスト的にも非現実的なものであった。

前述した従来技術の特開平８−２４４２５０においては、印字動作を行っていないときのみ、ヘッド内でインクを循環させヘッド内の泡などの除去を行うようにしたものであるが、連続印字動作を行ったときのインクジェットヘッドの温度上昇を抑制するための手段に関しては、何ら記述されていない。

また、特開平１１−１９８４０３においては、印字時のインク供給不足を生じないようにするために、インク加熱装置によってインクを加熱し、インク粘度を低下させることで、インク中に気泡が混在していても、この気泡はフィルタに捕捉されることなく、フィルタ３５を通過できるようになるため、フィルタに気泡が捕捉されることによって、インク流路内を流れるインクの流路抵抗が増大し、インク供給不足による濃度低下や、不吐出といった不具合を未然に防止することができるようにしたものである。また、シリアルタイプのものよりもインクの消費が大きいフルラインタイプの記録ヘッドであっても、フィルタの面積やインク流路２８の通路断面積を特別に大きく設定せずとも、記録ヘッドに対するインクの供給を円滑に行うことができるとしてものであるが、本従来例では、インクを加熱するものであり。その結果ヘッドの温度上昇を促進してしまうこととなり、連続印字を実現することは不可能であった。

そこで、本発明は、前述した従来技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであって、高解像度化、高速化したフルラインタイプのインクジェット記録装置で、連続印字時であってもインクジェットヘッドの温度上昇を抑制し、かつ、印字不良の生じることのな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ものである。

上記目的を達成するため、本発明の液体噴射記録装置は、
液体を吐出するための吐出口と液体に運動エネルギーを印加するための吐出エネルギー発生素子が複数個設けられた液体噴射ヘッドと、液体噴射ヘッドへ供給する液体を貯蔵する液体貯蔵タンクと、液体吐出動作中であっても液体貯蔵タンクから液体噴射ヘッド内を通過して液体貯蔵タンクへ戻ってくる液体循環経路内で液体を循環可能な液体供給系を有し、液体噴射ヘッドから液体貯蔵タンクへ戻ってくる液体経路の少なくとも一部は気体透過性の高い材料で構成され、液体貯蔵タンクから液体噴射ヘッドへ液体が流れていく液体経路は気体透過性の低い材料で構成されていることを特徴とする。

また、液体を吐出するための吐出口と液体に運動エネルギーを印加するための吐出エネルギー発生素子が複数個設けられた液体噴射ヘッドと、液体噴射ヘッドへ供給する液体を貯蔵する液体貯蔵タンクと、液体吐出動作中であっても液体貯蔵タンクから液体噴射ヘッド内を通過して液体貯蔵タンクへ戻ってくる液体循環経路内で液体を循環可能な液体供給系を有し、液体噴射ヘッドの吐出口列長さが被記録媒体の幅とほぼ同等の長さで、液体噴射ヘッドから液体貯蔵タンクへ戻ってくる液体経路の少なくとも一部は気体透過性の高い材料で構成され、液体貯蔵タンクから液体噴射ヘッドへ液体が流れていく液体経路は気体透過性の低い材料で構成されていることを特徴とする。

また、液体を吐出するための吐出口と液体に運動エネルギーを印加するための吐出エネルギー発生素子が複数個設けられた液体噴射ヘッドと、液体噴射ヘッドへ供給する液体を貯蔵する液体貯蔵タンクと、液体吐出動作中であっても液体貯蔵タンクから液体噴射ヘッド内を通過して液体貯蔵タンクへ戻ってくる液体循環経路内で液体を循環可能な液体供給系を有し、液体噴射ヘッドの吐出口列長さが被記録媒体の幅とほぼ同等の長さで、液体噴射ヘッド内を液体を通過させるための液体流入口と液体流出口が、液体噴射ヘッドの長手方向のほぼ両端に設けられており、液体噴射ヘッドから液体貯蔵タンクへ戻ってくる液体経路の少なくとも一部は気体透過性の高い材料で構成され、液体貯蔵タンクから液体噴射ヘッドへ液体が流れていく液体経路は気体透過性の低い材料で構成されていることを特徴とする。

また、液体貯蔵タンク、または、その前後の液体循環経路に、液体の温度を低下させるための液体冷却手段が設けられていることを特徴とする。

また、液体供給系の液体循環経路内に、低脈流ポンプが配置されていることを特徴とする。

また、液体噴射ヘッドの液体流出口と前記液体貯蔵タンクの間の液体循環経路中、または、液体噴射ヘッドの液体流入口と液体貯蔵タンクの間の液体循環経路中のいずれか一方に、第一の低脈流ポンプが配置されていることを特徴とする。

また、液体噴射ヘッドの液体流出口と液体貯蔵タンクの間の液体循環経路中に第一の低脈流ポンプが配置され、液体噴射ヘッドの液体流入口と液体貯蔵タンクの間の液体循環経路中に第二の低脈流ポンプが配置されていることを特徴とする。

また、第一、第二の低脈流ポンプの少なくともいずれか一方は、一定条件でポンプを駆動している場合であっても、ポンプ前後の圧力の変動により流量が変化するようなポンプで、定流量ポンプでないことを特徴とする。

また、第二の定脈流ポンプが遠心渦巻きポンプであることを特徴とする。

また、遠心渦巻きポンプのハウジングが気体透過性の低い材料で形成されていることを特徴とする。

また、液体貯蔵タンクが、気体透過性の低い材料で形成されていることを特徴とする。

また、液体供給系による液体循環量は、０．５ｍｌ／ｓ以上、望ましくは、１．０ｍｌ/ｓ以上であることを特徴とする。

また、液体供給系による液体循環動作を、非印字時には行わないように制御する制御手段を有することを特徴とする。

また、液体供給系の液体循環経路の液体噴射ヘッドから液体貯蔵タンクへ戻ってくる液体経路か、液体貯蔵タンクから液体噴射ヘッドへ液体が流れていく液体経路の少なくともいずれか一方は、その外部を断熱材で覆われていることを特徴とする。

［作用］
本発明によれば、インクジェットヘッドの冷却によって温度が高くなり気体の溶解度が低くなったインクを、気体の透過性の高い材料で構成されたインク供給経路を通過させることによって、インク中に溶けられなくなった気体を大気中に放出することが可能で、一方、インク貯蔵タンクに戻され温度が低くなり気体の溶解度が増したインクを、気体の透過性の低い材料で構成されたインク供給経路によってインクジェットヘッドへ供給することにより、より溶存気体量の低いインクをインクジェットヘッドへ供給可能となり、長時間の連続印字を行ってもヘッド内での泡発生を低減することが可能で、泡不吐やバサ不吐の低減と、さらに回復頻度の低減を図ることが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、インクジェットヘッドの冷却によって温度が高くなり気体の溶解度が低くなったインクを、気体の透過性の高い材料で構成されたインク供給経路を通過させることによって、インク中に溶けられなくなった気体を大気中に放出することが可能で、一方、インク貯蔵タンクに戻され温度が低くなり気体の溶解度が増したインクを、気体の透過性の低い材料で構成されたインク供給経路によってインクジェットヘッドへ供給することにより、より溶存気体量の低いインクをインクジェットヘッドへ供給可能となると同時に、インクジェットヘッドの温度上昇を低減することが可能であるので、フルラインヘッドのような長尺で、かつ、高解像度化のよるしたヘッドで長時間の連続印字を行っても、ヘッド内での泡発生を低減することが可能で、泡不吐やバサ不吐の低減が可能で、より安定した吐出が実現可能となる。

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本発明の液体噴射記録装置のインク供給系とインクジェットヘッドの構造について、図１〜図６を用いて説明する。

図１は、本発明の液体噴射記録装置のインク供給系とインクジェットヘッド１０３の概略構成を示すの模式的斜視図、図２は、本実施例のインクジェットヘッド１０３の主に液吐出面から見た斜視図、図３、図４は、図２のインクジェットヘッドへ電気信号を与えるためのフレキシブル配線基板１０６を取り除いた状態のインクジェットヘッド１０３を示す図で、図３（ａ）は、インクジェットヘッド１０３を液吐出口面から見た平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のA-A線に沿って破断して示す断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）で示すインクジェットヘッド１０３の側面図、図３（ｄ）は図３（ａ）の裏側から見た本実施例によるインクジェットヘッド１０３の平面図、図４は図３（ａ）のB-B線に沿って破断して示す断面図である。また、図５は、本実施例中で使用するポンプのひとつである遠心渦巻きポンプ、図６は、本実施例中で使用するポンプのひとつであるギヤポンプを示す。

本実施例のインクジェットヘッド１０３は、図２、図３、図４に示すように、有効吐出幅が約２インチの長さを持つ４枚の素子基板１０１が、支持部材であるベース基板１１１に千鳥状に接着され、その両端部にある電極部でフレキシブル配線基板１０６とワイヤボンディングにより電気的に接続されている。したがって、インクジェットヘッド１０３は、有効吐出幅が約８インチの長さを有し、Ａ４の記録紙の短辺方向の長さとほぼ一致した長さで、Ａ４の記録用紙縦送りで、１パスにより連続印字が可能な長さのインクジェットヘッドである。また、各色ごとに同じインクジェットヘッドを有し、フルカラー印刷が可能なインクジェット記録装置を構成する。実際の記録動作は、素子基板１０１の中央付近の表面側に液体を吐出するための吐出口１０２が複数開口しており、これらの各吐出口１０２から吐出される液体の液滴によって記録を行うものである。また、素子基板１０１上には、各々の吐出口１０２に対応して吐出エネルギー発生素子としての不図示の発熱素子（電気熱変換素子または加熱ヒーター）が形成されており、発熱素子は通電加熱して液体を発泡させ、その運動エネルギーで液体を吐出口１０２から吐出させる。素子基板１０１の電極部とフレキシブル配線基板１０６とを接続しているワイヤボンディング部は、吐出口１０２から飛散した液滴や媒体上から跳ね返った液滴が電極部などに付着することによって、電極やその下地金属を腐食させるため、封止性およびイオン遮断性に優れたシリコン系樹脂等の封止剤により被覆、封止し、液体による接続信頼性の低下がないようにしてある。

また、素子基板１０１の背面側には、図３（ｂ）および図４に示すの粒径を持った異物を通過させないように、ステンレスの極細線を編みこんだものである。この、フィルタ支持部材１５０とフィルタ部材１５１はすべての素子部材１０１に対して同じ物が取り付けられており、また、ひとつの素子部材１０１で、全吐出ノズルで液吐出動作を行うような場合の最大の液体流量に対し、大きな圧力損失を生じないような十分の面積をように、ベース基板１１１にスリット状に設けられ、１つの素子基板１０１に対して１対１に対応したて形成される液体を保持するための共通液室１１０が形成されており、共通液室１１０は、吐出口列の長さと略等しい長さで開口し、素子基板１０１にはその背面側の共通液室１１０内の液体を表面側に供給するためのテーパ状のスリット１０４が設けられている。また、共通液室１１０に隣接して、ベース基板１１１に対して素子基板１０１と反対側に、フィルタ支持部材１５０を介してフィルタ部材１５１が接着されて、ベース基板１１１とともに共通液室１１０を形成している。フィルタ部材１５１は、直径５μｍ以上有している。フィルタ部材１５１の面積が小さく、最大液体流量のときにフィルタ部材１５１での圧力損失が大きくなってしまった場合には、液吐出口１０２に十分な量の液体が供給されないこととなり、一回の吐出での液体と吐出量が減少し、印刷時の濃度低下や、場合によっては、不吐出を生じてしまうことになる。

さらに、ベース基板１１１のフィルタ接着側には、各素子基板に対応して接着されたフィルタ部材１５１すべてを覆うようにして、ヘッド液室１０９を形成するようにヘッド液室部材１１２が接着されている。図３（ｃ）、図３（ｄ）で示すように、ヘッド液室部材１１２のほぼ両端には、ヘッド液室１０９と連通するように設けられた液流入口１１３と液流出口１１４が設けられ、その内側には、ゴムでできた液コネクタ１１５がそれぞれ挿入され、液コネクタ１１５の内側に、図１で示すようにチューブを差し込むことによって、インク供給系とインクジェットヘッドとの間の液体の流入流出が可能なように構成されている。液流入口１１３から液流出口１１４の間の、ヘッド液室内には、フィルタは設けられていないため、液流入口から流入した液体は、ほとんど圧力損失なく液流出口１１４へと流すことが可能な構成になっている。また、液体を吐出することによって消費される液体は、ヘッド液室１０９から、各素子基板１０１に対応したフィルタ部材１５１を通過して、各共通液室１１０、スリット１０４を経由して、各吐出口１０２へと供給される。

次に、インク供給系の構成について、図１、図５、図６を用いて説明する。

図１で示すように、本実施例のインク供給系は、液貯蔵タンク１６１から、チューブ１６５、液供給ポンプ１６２、チューブ１６６を介して、インクジェットヘッド１０３に設けられた液流入口１１３に液体が供給可能なように接続され、一方、インクジェットヘッド１０３の液流出口１１４から、チューブ１６７、液吸引ポンプ１６３、チューブ１６８を介して、液貯蔵タンク１６１へ液体を回収可能なように接続されている。また、液貯蔵タンク１６１には、タンク冷却装置１６９が配設されている。本実施例では、いずれのチューブもその外側が断熱材で覆われている。

液貯蔵タンク１６１と、インクジェットヘッド１０３へインクを供給する側のチューブ１６５、チューブ１６６は、気体透過性が低く、かつ、インクに対する耐性を有する樹脂であるポリフッ化ビニリデン（PVDF）樹脂により構成されている。一方、インクジェットヘッド１０３からインク貯蔵タンクへ戻ってくる側のチューブ１６７、チューブ１６８は、気体の透過性が高く、かつ、インクに対する耐性を有する樹脂であるポリテトラフルオロエチレン（PTFE）樹脂により構成されている。

次に、本実施形態で用いているチューブの材質であるＰＶＤＦと、PTFEの気体透過性について述べる。

まず、代表的な樹脂材料の酸素、窒素に対する透過性を次の表に示す。

この表１の中で気体（酸素と窒素）の透過性が低い物としてはＰＶＤＦ、ＰＶＦ、ポリ塩化ビニリデンが上げられる。しかし、この中でＰＶＦおよびポリ塩化ビニリデンは、熱をかけると分解してしまうものであり、通常のチューブ成形工程は加熱を伴うため、これらの材料では単体でチューブとして成形することは非常に困難である。したがって、気体透過性が低く、かつ単体でチューブとして成形可能な樹脂材料は、ＰＶＤＦであり、ＰＶＤＦはまた、本実施形態に用いているものを含む一般的なインクに対する耐性がある。したがって、本発明ではＰＶＤＦチューブを、インク貯蔵タンク１６１からインクジェットヘッド１０３のインク流入口１１３までのインク供給経路のチューブとして採用している。

一方、表１の中で気体（酸素と窒素）の透過性が高い物としてはＰＴＦＥ、ＦＥＰが上げられる。本実施例では、一般的にチューブ材料として入手が容易で、かつ、インクのみならず多くの溶剤などに対しても耐性のある材料であるＰＴＦＥからなるチューブを、インクジェットヘッド１０３のインク流出口１１４からインク貯蔵タンク１６１までのインク経路のチューブとして用いる。なお、いずれのチューブも、サイズは内径４ｍｍ、外径６ｍｍのものである。

次に、図５に、液供給ポンプ１６２の構成を示す。図５（ａ）が液供給ポンプ１６２の外観図で、図５（ｂ）がその断面図である。液供給ポンプ１６２は、インペラ１７６の回転によって液体に遠心力を与えることで液体を圧送することが可能な遠心渦巻きポンプである。液流入口１７１と液流出口１７２が一体に設けられた上ケース１７７と、Ｏリング１７９を挟み込んで、上ケース１７７と密着される下ケース１７８と、上ケース１７７と下ケース１７８の間にあって、回転することで液体に遠心力を与えるためインペラ１７６が上部に一体化され磁石で構成されているロータ１７４が回転自在に配置され、下ケース１７８の下側にコイルなどで形成されたステータ１７５が配置されている。ステータ１７５のコイルに通電されると、磁界を発生し、磁石でできたロータ１７４と一体化されたインペラ１７６が回転するとによって、圧力を発生し、液流入口１７１から液体を吸引し、液流出口１７２から液体を排出するように動作する。この、液供給ポンプ１６２として使用している遠心渦巻きポンプは、ステータに通電されないで、ロータが静止しているときには、上ケース１７７とインペラ１７６の間には液体が流れる充分な隙間があるため、内部で自由に液体を流すことができる。また、そのため、ロータ１７４が一定回転しているときであっても、常に一定の流量で液体を流すことが可能なわけではなく、前後の圧力差によって、液体の流量は変わってくるという特性を有している。また、ロータ１７４の高速回転によって、液体が圧送されるという動作原理から、同程度の流量を流すことが可能なダイヤフラムと逆止弁の組み合わせからなるダイヤフラムポンプや、チューブをローラでしごくことによって液を圧送するチューブポンプに比較して、液体圧送時の脈流がほとんどないという特性も有している。さらに、上ケース１７７と下ケース１７８は、前述したように気体の透過性が低いＰＶＤＦで形成されている。ＰＶＤＦは、成型も可能な樹脂材料であり、ポンプ外装やチューブ継手の材質にも用いられるものであるので、ポンプのケースに適用することは何ら特別のことではない。

次に、図６によって、液吸引ポンプ１６３の構成を説明する。液吸引ポンプは２つのかみ合うギヤの回転によって液体を圧送するギヤポンプであり、図６（ａ）に液吸引ポンプ１６２の外観図、図６（ｂ）に、液吸引ポンプ１６３の動作原理を説明する図を示す。１８２は、ギヤを駆動するためのDCモータで、マグネット回転伝達部１８３を介して、ポンプヘッド１８１内の駆動ギヤ１８６へ駆動力を伝達する。ポンプヘッド１８１の中では、図６（ｂ）に示すように、ケーシング１９０の中で、駆動ギヤ１８６と従動ギヤ１８７がかみ合った状態で配置され、ギヤの噛み合い部の左右の液流入口１８８と液流出口１８９の部分を除くとほぼギヤの歯先円とほとんど隙間のない形状に作られたポンプ液室１９１がある。液流入口１８８は、ポンプヘッド１８１の側面に設けられた液流入口１８４と連通しており、一方、液流出口１８９は、ポンプヘッド１８１の液流入口１８４と反対側に開けられている液流出口に連通している。ＤＣモータ１８２に通電され、回転駆動力がマグネット回転伝達部１８３を介して駆動ギヤ１８６に伝達されると、従動ギヤ１８７といっしょに図５（ｂ）中の矢印方向に回転を始める。それぞれのギヤの歯先とケーシング１９０内のポンプ液室１９１の内壁はほとんど隙間がないため、それぞれのギヤの歯の間に入った液体は、ポンプ液室内壁との間に保持されて矢印方向に搬送される。ギヤの噛み合い部では、お互いの歯の間に噛み合う歯が存在するため、液体はわずかな量は搬送されるのみで、ケーシング１９０ギヤの間で搬送される液体のほうがはるかに多くの量の液体が搬送される。したがって、ポンプ液室１９１内で、液流入口１８８側が負圧、液流出口１８９側が正圧となり、液体が圧送されることになる。

このギヤポンプの特性として、ケーシング１９０とそれぞれのギヤの歯の間にはさまれた一定容積の液体を搬送することから、ポンプ前後がある一定値以下の圧力差でギヤの回転数が一定であれば、ポンプの前後の圧力差によらず、ほぼ一定の流量を流すことができる。また、ギヤの歯の間とケーシング１９０とで形成される空間は非常に小さな空間であるため、前述の遠心渦巻きポンプと同様に、同程度の流量のダイヤフラムポンプやチューブポンプに比較して、液体搬送時の脈流はほとんど無視できるくらいに小さなものである。

以上のように構成されるインクジェット記録装置のインク供給系によって、液体の吐出を行うときの動作について説明する。

本発明によるインクジェット記録装置が印字開始信号を受け取ると、液吸引ポンプ１６３と液供給ポンプ１６２は同時に回転を開始し、液貯蔵タンク１６１からチューブ１６５、液供給ポンプ１６２、チューブ１６６、ヘッド液室１０９、チューブ１６７、液吸引ポンプ１６３、チューブ１６８を通って、インク貯蔵ポンプ１６９に戻る液体循環経路を取って、液体が循環される。このとき、液吸引ポンプ１６３の流量は、１．０ｍｌ/ｓになるように、液吸引ポンプ１６３のＤＣモータ１８２へ電圧がかけられる。一方、液供給ポンプ１６２の方も、ポンプ前後の圧力差がない場合に流量１．０ｍｌ/ｓで液体を搬送できる条件で駆動する。したがって、前記液体循環経路内で、液体は1．０ml/sの流量で循環する。このとき、液体循環経路内では、フィルタなどの圧力損失を発生させるものは何もないため、ヘッド液室１０９内はほぼ大気圧に保たれており、液体を循環させることで、吐出口１０２からインクが漏れ出したり、逆に、空気を吸い込んだりすることはない。

次に、印字のための画像データがインクジェットヘッド１０３へ伝えられると、素子基板１０１ないに設けられた発熱素子に電圧が印加され、発熱素子に接する液体が膜沸騰圧力により吐出口１０２より吐出される。吐出された分の液体は、ヘッド液室１０９から、各素子基板ごとに対応するフィルタ部材１５１を通過して、共通液室１１０、スリット１０４を通って、吐出口１０２へと供給される。ひとつの素子基板１０１内で、全吐出口１０２から液体を連続して吐出するような画像データが来た場合に、フィルタ部１５１を通過する液体の量が最大になる。本実施例の場合、各吐出口１０２から吐出される一発の液滴の大きさが４ｐｌで、吐出口が、１２００ｄｐｉの解像度で配列され、ひとつの素子基板１０１に対する有効印字幅が約２インチであることから、ひとつの素子基板１０１内で吐出口１０２の総数は２４００個となる。また、各吐出口の液滴吐出周波数が最大１６ｋＨｚとなるように駆動するので、ひとつの素子基板１０１での最大の液滴吐出量は、0.1728ml/sとなる。ここで、各素子基板１０１に対応するフィルタ部１５１の有効面積は、幅３．５ｍｍ×長さ６０ｍｍ＝２１０ｍｍ^２であり、本実施例で用いているフィルタ部１５１では、流量0.1728ml/ｓのときの実験で求めた圧力損失がほぼ５０ｍｍH₂O（４．９ｋPa）であり、液滴の吐出に対し影響があるとされている２００ｍｍH_２O（１９．６ｋPa）に対し、十分小さな値であるためほとんど問題ないレベルである。これは、インクジェットヘッド１０３内にあるすべての素子基板１０１に対して、同様である。

また、インクジェットヘッド１０３内の全素子基板１０１の全吐出口１０２で、液滴吐出を行った時では、全体の液体吐出量は4倍になり、0.6912ml/sとなる。この場合であっても、液吸引ポンプ１６３による液体循環量は、液吸引ポンプ１６３は底流量ポンプであるため一定の駆動条件で駆動し続けているので、１．０ml/sのままであるが、液供給ポンプ１６２のよる液体循環量は、液供給ポンプ１６２が前後の圧力差によって流量が変わってしまう遠心渦巻きポンプであるので、インクジェットヘッド１０３側が液滴吐出により負圧となることによって、その分流量増加し、1.6912ml/ｓとなる。

このように、印字動作を行うときには必ず、ヘッド液室１０９内で、液体を循環させることによって、特に、多くの吐出口１０２で吐出動作を行うようにした場合であっても、液吐出動作によって温度上昇したヘッド液室内の液体を入れ替えることによって、インクジェットヘッド１０３の温度上昇を防止することが可能になる。これと同時に、インクジェットヘッド１０３の熱がインクに伝達され、インクの温度は上昇することになる。１ml/sの循環量のときで、インク流入側１１３のインク温度に対するインク流出口１１４側のインク温度の上昇は、印字密度が１００％の場合約２０℃、印字密度が５０％の場合約１０℃である。また、酸素の水に対する飽和溶存量のデータであるが、次の表２のようである。

インクの主成分は水であるので、インクの飽和溶存酸素量もほぼ表２で表されると仮定する。また、空気の主成分である窒素も同様な傾向を有しているので、酸素のみについて考える。本実施例で示すインクジェット記録装置が、２５℃の環境に置かれていた場合、インク貯蔵タンク１６１内のインクもほぼ２５℃になる。１００％濃度で印字を行うとき、２５℃のインクはインクジェットヘッドを１ｍｌ／ｓのインク流量で循環した場合、前述したように約２０℃上昇し、４５℃となる。表２より、インク温度が４５℃の場合の溶存酸素量は、６．１４ｍｇ／ｌであることがわかる。脱気されたインクでない場合は、ほぼ飽和に近い状態まで酸素は溶けこんでいるので、インクがインクジェットヘッドを循環する前で、温度が２５℃のとき、溶存酸素量は８．１１ｍｇ／ｌに近い値で、ほぼ、８ｍｇ／ｌ前後の値となっている。インクジェットヘッド１０３内で２５℃のインクが４５℃まで加熱され、インクジェットヘッド１０３のインク流出口１１４からPTFEからなるチューブ１６７へ循環して移動したインクの飽和溶存酸素量は、６．１４mg/lであるので、約１．８mg/lのインク中に溶け込むことができなくなった酸素（空気）は析出し、インク中に泡となって存在するか、気体透過性の高いPTFEチューブの壁を通り抜けて大気中に放出される。ここで、本実施例において、チューブ１６７の長さは、約４０ｃｍ、チューブ１６８の長さも約４０ｃｍであり、インク吸引ポンプ１６３の内部の液体容積は約約５ｍｌであることから、インク流出口１１４からインク貯蔵タンク１６１までのインク経路中のインク量は約１５ｍｌである。したがって、循環流量が１ｍｌ/ｓの場合、インク流出口１１４から出たインクは約１５秒でインク貯蔵タンクに達することになる。チューブは、すべて断熱材で覆われているので、その間、インク温度の変化はほとんどないが、インク中の溶存気体は大気中へ放出されていく。インク貯蔵タンク１６１まで戻されたインクは、インク貯蔵タンク１６１に配置されているペルチェ素子によるタンク冷却装置１６９を駆動することによって、冷却される。タンク冷却装置は、インク貯蔵タンク１６１内のインク温度が約１５℃になるまで、インク温度をモニタしながらインクを冷却する。タンクの液面は空気にさらされているが、それ以外の部分は気体透過性の低いPVDFでタンク自体が形成されていることにより、インクへの急激な空気の溶解は生じない。インク温度が１５℃での飽和溶存酸素量は、９．７６mg/lなので、飽和溶存酸素量が６．１４mg/lである４５℃のインクに対し、数値上では最大３．６２mg/lの酸素を余計に溶け込ませることが可能である。すなわちこれは、脱気したインクをインク貯蔵タンク１６１内に入れたことと同じことである。１５℃まで冷却されたインクは、気体透過性の低いPVDF製で外側を断熱されたチューブ１６５と１６６、同様にPVDFのケースでできたインク供給ポンプ１６２を通過して、温度と溶存酸素量をほぼ保たれたままインクジェットヘッド１０３へ供給される。供給されたインクは、再びインクジェットヘッド１０３内で暖められ、約３５℃になってインク流出口１１４から流出してくることになる。このときの飽和溶存酸素量は、７．０４mg/lであるので、インク温度が上昇しても酸素が析出することはなく、逆に、インク供給経路中に残った泡をさらに溶け込ませることが可能である。３５℃で、気体溶解量が飽和した場合であっても、PTFEからなるチューブ１６７、１６８を通過することで、溶存気体を大気中に放出し、１５℃に冷却することで、気体の溶解量が増し、相対的に脱気されたインクをインクジェットヘッドへ供給する。これを繰り返すことによって、インクジェットヘッドを冷却することによる吐出の安定と、相対的に脱気されたインクをインクジェットヘッドへ供給することによる吐出の安定化が可能となり、高解像度化された長尺のインクジェットヘッドのより安定した吐出動作が可能となる。

また、このようなインク循環動作は、連続的に印字動作を行うときにのみ行ことによって、非印字時には、循環動作を行わないようにすることで、ポンプの耐久性の向上や、待機時の消費電力を低減することが可能となる。

本発明の液体噴射記録装置の第１の実施例のインク供給系とインクジェットヘッドの概略構成を示すの模式的斜視図である。本発明の液体噴射記録装置の第１の実施例のインクジェットヘッドの主に液吐出面から見た斜視図である。図２のインクジェットヘッドへ電気信号を与えるためのフレキシブル配線基板を取り除いた状態のインクジェットヘッドを示す図である。図３（ａ）のインクジェットヘッドのB-B線に沿って破断して示す断面図である。本発明の液体噴射記録装置で使用するポンプのひとつである遠心ポンプを示す図である。本発明の液体噴射記録装置で使用するポンプのひとつであるギヤポンプを示す図である。従来の第一のインクジェット記録装置の構成を示す図である。従来の第一のインクジェット記録装置の動作を示す図である。従来の第二のインクジェット記録装置の構成を示す図である。

符号の説明

１０１素子基板
１０２吐出口
１０３発熱素子
１０４スリット
１０６フレキシブルフィルム
１０９共通液室
１１０ヘッド液室
１１１ベース基板
１１２ヘッド液室部材
１１３液流入口
１１４液流出口
１１５液コネクタ
１１７封止剤
１５０フィルタ支持部材
１５１フィルタ部材
１６１液貯蔵タンク
１６２液供給ポンプ
１６３液吸引ポンプ
１６５〜１６８チューブ
１６９タンク冷却装置

Claims

液体を吐出するための吐出口と液体に運動エネルギーを印加するための吐出エネルギー発生素子が複数個設けられた液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドへ供給する液体を貯蔵する液体貯蔵タンクと、前記液体吐出動作中であっても前記液体貯蔵タンクから前記液体噴射ヘッド内を通過して前記液体貯蔵タンクへ戻ってくる液体循環経路内で液体を循環可能な液体供給系を有し、
前記液体噴射ヘッドから前記液体貯蔵タンクへ戻ってくる液体経路の少なくとも一部は気体透過性の高い材料で構成され、前記液体貯蔵タンクから前記液体噴射ヘッドへ液体が流れていく液体経路は気体透過性の低い材料で構成されていることを特徴とする液体噴射記録装置。
液体を吐出するための吐出口と液体に運動エネルギーを印加するための吐出エネルギー発生素子が複数個設けられた液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドへ供給する液体を貯蔵する液体貯蔵タンクと、前記液体吐出動作中であっても前記液体貯蔵タンクから前記液体噴射ヘッド内を通過して前記液体貯蔵タンクへ戻ってくる液体循環経路内で液体を循環可能な液体供給系を有し、
前記液体噴射ヘッドの吐出口列長さが被記録媒体の幅とほぼ同じ長さで、
前記液体噴射ヘッドから前記液体貯蔵タンクへ戻ってくる液体経路の少なくとも一部は気体透過性の高い材料で構成され、前記液体貯蔵タンクから前記液体噴射ヘッドへ液体が流れていく液体経路は気体透過性の低い材料で構成されていることを特徴とする液体噴射記録装置。
液体を吐出するための吐出口と液体に運動エネルギーを印加するための吐出エネルギー発生素子が複数個設けられた液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドへ供給する液体を貯蔵する液体貯蔵タンクと、前記液体吐出動作中であっても前記液体貯蔵タンクから前記液体噴射ヘッド内を通過して前記液体貯蔵タンクへ戻ってくる液体循環経路内で液体を循環可能な液体供給系を有し、
前記液体噴射ヘッドの吐出口列長さが被記録媒体の幅とほぼ同じ長さで、前記液体噴射ヘッド内を液体を通過させるための液体流入口と液体流出口が、前記液体噴射ヘッドの長手方向のほぼ両端に設けられており
前記液体噴射ヘッドから前記液体貯蔵タンクへ戻ってくる液体経路の少なくとも一部は気体透過性の高い材料で構成され、前記液体貯蔵タンクから前記液体噴射ヘッドへ液体が流れていく液体経路は気体透過性の低い材料で構成されていることを特徴とする液体噴射記録装置。
液体を吐出するための吐出口と液体に運動エネルギーを印加するための吐出エネルギー発生素子が複数個設けられた液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドへ供給する液体を貯蔵する液体貯蔵タンクと、前記液体吐出動作中であっても前記液体貯蔵タンクから前記液体噴射ヘッド内を通過して前記液体貯蔵タンクへ戻ってくる液体循環経路内で液体を循環可能な液体供給系を有し、
前記液体噴射ヘッドの吐出口列長さが被記録媒体の幅とほぼ等しい長さで、前記液体噴射ヘッド内を液体を通過させるための液体流入口と液体流出口が、前記液体噴射ヘッドの長手方向のほぼ両端に設けられており
前記液体噴射ヘッドから前記液体貯蔵タンクへ戻ってくる液体経路の少なくとも一部は気体透過性の高い材料で構成され、前記液体貯蔵タンクから前記液体噴射ヘッドへ液体が流れていく液体経路は気体透過性の低い材料で構成されていることを特徴とする液体噴射記録装置。
前記液体貯蔵タンク、または、その前後の液体循環経路に、液体の温度を低下させるための液体冷却手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の液体噴射記録装置。
前記液体供給系の液体循環経路内に、低脈流ポンプが配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の液体噴射記録装置。
前記液体噴射ヘッドの液体流出口と前記液体貯蔵タンクの間の液体循環経路中、または、前記液体噴射ヘッドの液体流入口と前記液体貯蔵タンクの間の液体循環経路中のいずれか一方に、第一の低脈流ポンプが配置されていることを特徴とする請求項６に記載の液体噴射記録装置。
前記液体噴射ヘッドの液体流出口と前記液体貯蔵タンクの間の液体循環経路中に第一の低脈流ポンプが配置され、前記液体噴射ヘッドの液体流入口と前記液体貯蔵タンクの間の液体循環経路中に第二の低脈流ポンプが配置されていることを特徴とする請求項７に記載の液体噴射記録装置。
前記第一、第二の低脈流ポンプの少なくともいずれか一方は、一定条件でポンプを駆動している場合であっても、ポンプ前後の圧力の変動により流量が変化するようなポンプで、定流量ポンプでないことを特徴とする請求項８に記載の液体噴射記録装置。
前記第二の定脈流ポンプが遠心渦巻きポンプであることを特徴とする請求項９に記載の液体噴射記録装置。
前記遠心渦巻きポンプのハウジングが気体透過性の低い材料で形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の液体噴射記録装置。
前記液体貯蔵タンクが、気体透過性の低い材料で形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の液体噴射記録装置。
前記液体供給系による液体循環量は、０．５ｍｌ／ｓ以上、望ましくは、１．０ｍｌ/ｓ以上であることを特徴とする請求項１〜請求項１２に記載の液体噴射記録装置。
前記液体供給系による液体循環動作を、非印字時には行わないように制御する制御手段を有することを特徴とする請求項１〜請求項１３に記載の液体噴射記録装置。
前記液体供給系の液体循環経路の前記液体噴射ヘッドから前記液体貯蔵タンクへ戻ってくる液体経路か、前記液体貯蔵タンクから前記液体噴射ヘッドへ液体が流れていく液体経路の少なくともいずれか一方は、その外部を断熱材で覆われていることを特徴とする請求項１〜請求項１４に記載の液体噴射記録装置。