JP2007301728A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大・小吐出量混在記録ヘッドにおいて、大吐出量ノズルと小吐出量ノズルを一括して吸引回復処理を行う際に、大吐出量ノズルと小吐出量ノズルを同等に吸引回復できるようになり、安定した記録を行うことができるインクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置を提供することである。
【解決手段】 少なくとも１つの吐出口を有する第一のノズルと、前記第一のノズルと同じ面積の吐出口を、前記第一のノズルの吐出口の数よりも多く有する第二のノズルとを有するインクジェット記録ヘッド。
【選択図】 図８

Description

本発明は、液体に外部からエネルギーを加えることによって、所望の液体を吐出することのできるインクジェットヘッド記録ヘッド及びインクジェット記録装置に関する。

インクジェットヘッドは、外部よりエネルギーを加えることによってインクなどの所望の液体を飛翔させることができる。外部にエネルギーを与える方法として、さまざまな方法が提案されているが、代表的なものとしてはバブルジェット（登録商標）方式や圧電方式がある。

バブルジェット（登録商標）方式は、構造が単純であり、微細構造に向いていることが特徴としてあげられ、インク室内のヒーターにより急激にインクの加熱・冷却を繰り返すことで、インク室内でインクが発泡と消泡を繰り返し、その圧力変化でインクが吐出される。圧電方式は、インク吐出の制御性が良いことが特徴としてあげられ、圧電素子両面の電極に電圧を印加することにより圧電素子が変形し、圧電素子及び振動板がたわみ変形を起こし、その体積変化でインクが吐出される。

インクジェット記録装置では、インクが蒸発して粘度の変化を生じたり、インク中に気泡が混入したりすると、インクの吐出性能が変化し、プリントに悪影響が生じる場合がある。

インク中への気泡の混入は、具体的には、インクジェット記録装置にインクジェット記録ヘッドを装着した初期、またはインクタンク交換時に、インクジェット記録ヘッド内にインクを充填する際に生じる場合がある。また、インクジェット記録ヘッド内にインクが充填されている状態でも、記録の最中や放置した状態において、インクを吐出する吐出口や、インクの供給路における嵌合部などから経時的に空気が浸入して気泡が発生する場合がある。このような気泡がインクのノズル付近に多量に存在すると、吐出が不可能になったり（不吐出）、インクの吐出量や吐出速度に変化が生じたりして正常な記録ができなくなることがある。
そこで、インクジェット記録装置においては、記録ヘッドのインク吐出機能に対する信頼性維持技術が必要になる。このような技術としては、記録ヘッドのノズル付近のインクを吸い出し、それと共に、混入した気泡や増粘したインクを除去する吸引回復処理を適宜行う方法が知られている。吸引回復処理を行う吸引回復ユニットとしては、記録ヘッドの吐出口が開口された吐出口面を覆って密閉する、すなわちキャッピングするキャップと、このキャップ内の吸引を行う吸引ポンプを有する構成のものが一般的である。この吸引回復ユニットによる吸引回復処理は、記録ヘッドをキャップと対向する位置に動かしてキャッピングした後、吸引ポンプでキャップ内の吸引を行うことによって行われ、これによって、記録ヘッド内の気泡や増粘したインクはインクと共に吐出口から吸い出され除去される。このような吸引回復処理は、インクジェット記録装置の信頼性維持技術として重要な技術となっている。

近年、インクジェット記録装置には、高精細で階調性のある、いわゆる高品位な画像を記録することが求められている。このような画像形成を可能にする１つの方法として、１つの記録ヘッドに吐出量の異なる液滴を吐出するノズルが設けられる場合がある。

１つの記録ヘッドに大・小吐出量の異なる液滴を吐出する２種類のノズルを設けたインクジェット記録ヘッドの従来の構成について説明する。図１は従来の大・小吐出量混在記録ヘッドのノズルの吐出口側からみた平面図を、図２は従来の大・小吐出量混在記録ヘッドのノズルの Ｘ−Ｘ' で切った面の断面図を示している。

吸引回復処理の際に必要な吸引圧を決めるのは、吐出口 2 におけるメニスカス 7 の張る力である。吸引力がメニスカス 7 の張る力を上回ることで吐出口 2 近傍の気泡・インク等が吸引回復される。メニスカス 7 の張る力は吐出口面積に依存しており、吐出口面積が大きいほど小さくなる。すなわち、吐出口面積が大きいほど、吸引力が少なくてよく、吸引回復処理を容易に行うことができる。

通常、相対的に大きな吐出量で液滴を吐出させるノズル（以下、大ノズル 5 ）では、相対的に小さな吐出量で液滴を吐出させるノズル（以下、小ノズル 6 ）に比べて、吐出口面積が大きくされる。このため、大ノズル 5 と小ノズル 6 でメニスカス 7 の張る力が異なり、これらを１つのキャップで覆って、同じ条件で吸引回復処理を行った場合には、吸引回復処理による気泡や増粘したインクを除去する特性が異なり、安定した記録が行えない場合があった。また、大ノズル 5 と比較して小ノズル 6 におけるメニスカス 7 の張る力が大きくなり、小ノズル 6 を十分に吸引回復行おうとすると、吸引量を多くする必要があり、廃棄するインクの量が多くなってしまう問題を有していた。

上記問題点を解決するために、特開2003-311966は、インク吐出口とは別の吐出しない開口を設ける構成により、大ノズルと小ノズルを同じ圧力条件で吸引回復する方法が公開されている。
特開2003-311966号公報

上述した吐出口とは別の開口をあける構成では、吐出口近傍に開口を設けることが必要となるため、誤吐出を起こすおそれがあった。また、上述したようにメニスカスの張る力を決めるのは吐出口の面積であり、開口部を設けただけでは、インク流路および吐出口とは別の開口部は吸引回復されるが、吐出口近傍の気泡およびインク等が十分に吸引回復されないおそれがあった。

そこで本発明の目的は、上述したような従来技術における課題に着目し、大ノズルと小ノズルが混在するインクジェット記録ヘッドにおいて、大ノズルと小ノズルを一括して吸引回復処理を行う際に、廃棄するインクの量を増やすことなく、容易に大ノズルと小ノズルのバランスがとれた吸引回復処理を行い、安定した記録を行うことができるインクジェット記録ヘッド及び該インクジェット記録ヘッドを備えるインクジェット記録装置を提供することにある。

上記問題点は、1つのノズルあたり少なくとも1つの吐出口を有し、前記吐出口より吐出エネルギー発生手段によりインクを予め定められた量の液滴として吐出する第1のノズルと、1つのノズルあたり前記第1のノズルよりも多い数の吐出口を有し、前記吐出口より吐出エネルギー発生手段によりインクを前記第1のノズルよりも多量の液滴として吐出する第2のノズルとを有するインクジェット記録ヘッドと、前記インクジェット記録ヘッドのノズルから液体を吸引または加圧するための回復ユニットとを備えるインクジェット記録装置によって解決される。

上記問題点は、前記第2のノズルを形成する1つの吐出口の吐出口面積と、前記第1のノズルを形成する1つの吐出口の吐出口面積が同程度であること特徴とした請求項1に記載のインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置によって解決される。

上記問題点は、回復ユニットが、前記第1のノズルと前記第2のノズルの吐出口面を覆って密閉するためのキャップと、前記キャップに覆われた前記吐出口から液体を吸引または加圧するためのポンプを備えることを特徴とした請求項1〜2に記載のインクジェット記録装置によって解決される。

上記問題点は、前記キャップが、前記第1のノズルと前記第2のノズルを一緒に覆うことを特徴とした請求項3に記載のインクジェット記録装置によって解決される。

上記問題点は、前記ポンプが、前記第1のノズルと前記第2のノズルから同じ圧力で液体を吸引または加圧することを特徴とした請求項1〜4に記載のインクジェット記録装置。

この構成によれば、１つの記録ヘッドに大・小吐出量の異なる液滴を吐出するノズルを設けたインクジェット記録ヘッドにおいて、誤吐出する可能性のある開口をあけることなく、吸引回復処理を行う際の、小ノズル側のメニスカスの張る力を、大ノズル側のメニスカスの張る力とほぼ同程度にすることができる。このため、両者のノズルの吐出口を１つのキャップで覆って吸引回復処理を行っても、両者について同じ圧力で液体を吸い出し、両者とも適正に処理を行うことができる。また、吸引回復処理による吸引量を増やすことなく、大ノズルと小ノズルを良好に吸引回復処理を行うことができるため、廃棄するインクの量を減らすことができる。

本発明を実施するための最良の形態として、バブルジェット（登録商標）方式のインクジェット記録装置をあげる。

最初に、本発明のインクジェット記録装置の構成について説明する。図３は、このインクジェット記録装置の主要部の斜視図であり、内部構成を示すため外装部材を外した状態で示している。

まず、本発明のインクジェット記録装置に装着されるインクジェット記録ヘッド部の構成について説明する。図４は本実施形態におけるインクジェット記録ヘッド部の平面図を示している。図５ a) は本実施形態における大ノズルの平面図を、b) は Ｘ5−Ｘ5' で切った面の断面図を、c) は Ｘ5−Ｘ5' で切った面の断面図を示している。図６ a) は本実施形態における小ノズルの平面図を、b) は Ｙ6−Ｙ6' で切った面の断面図を、c) は Ｙ6−Ｙ6' で切った面の断面図を示している。

インクジェット記録ヘッド部には、記録素子基板 14 が形成支持部材 13 上に配置されている。記録素子基板 14 は、吐出エネルギー発生手段 1 が形成された基板を有している。基板には、長溝状の貫通口からなるインク供給口 4 が開口されている。吐出エネルギー発生手段 1 は、このインク供給口 4 の長手軸に沿って所定のピッチで並んで配置されている。

基板上には、さらに、インク供給口 4 の上方に位置する共通液室 15 と、共通液室 15 から各吐出エネルギー発生手段 1 上に通じるインク流路 3 が配置されている。

インク流路 3 上には、吐出口 2 が開口された吐出口プレート 16 が配置されている。吐出口 2 は、各吐出エネルギー発生手段 1 に対応して、それに対向する位置に開口されている。これら吐出口 2 、インク流路 3 、吐出エネルギー発生手段 1 によって、インクを吐出するノズル 5、6 が形成されている。

本実施形態におけるノズル 5、6 は、２種類の吐出量を持つノズルに分けられる。相対的に大きい吐出量である大ノズル 5 と、小さい吐出量である小ノズル 6 である。小ノズル 6 は、１つの吐出エネルギー発生手段 1 に対応して１つの吐出口 2 が配置されている構成である。大ノズル 5 は、１つの吐出エネルギー発生手段 1 に対応して、小ノズル 6 と同程度の面積の吐出口 2 がインク流路 3 に平行して２つ並んで配置されている構成である。本実施形態においては、大ノズル 5 として、２個の吐出口 2 をインク供給口 4 の長手軸に平行に並べて配置したが、配置方法、吐出口数ともにこの限りではなく、実施形態に応じて変化させてもよい。また、小ノズル 6 に関しても同様である。

小ノズル 6 と比較して、大ノズル 5 の吐出口数は２倍であるので、吐出量も２倍になる。したがって、本実施形態のインクジェット記録装置では、階調記録を行い、高品位の画像を形成することができる。

次に、吸引回復ユニット 8 の構成について説明する。

吸引回復ユニット 8 は、キャリッジ 9 の往復移動経路の一端に、インクジェット記録ヘッド部の吐出口面に対面する位置に設けられている。吸引回復ユニット 8 は、インクジェット記録ヘッド部の吐出口面に当接されてワイピングに用いられるワイパーブレードと、吐出口面を密閉するように覆うキャップとを有している。キャップは、吐出口面をキャッピングする位置と、吐出口面から離れた位置との間で、上下方向に移動可能に支持されている。また、キャップには、吸引を行うポンプが接続されている。

この吸引回復ユニット 8 による吸引回復処理について説明する。

吸引回復処理を行う際には、まず、キャリッジ 9 を吸引回復ユニット 8 に対向する位置に移動させた状態でロックする。次に、ワイピングを行い、また、キャップに伝達してキャッピングを行う。キャップは、その縁がインクジェット記録ヘッド部の支持部材 13 の、記録素子基板 14 が配置された部分の周りの領域に当接して、吐出口面を密閉状態で覆う。

キャップチューブを介して、インクジェット記録ヘッド部の吐出口面を密閉しているキャップ内に作用する。したがって、キャップ内も負圧になり、それによって、吐出口 2 からインクが吸い出され、それと共に、記録に適さなくなったインクや気泡等が強制的に吸い出されて除去される。

次に、本実施形態における吸引回復処理性について説明する。

インクジェット記録ヘッドにおける記録素子基板 14 内に形成される気泡は、インク供給口 4 部分や吐出口プレート 16 の吐出口 2 付近等に付着し保持されている場合が多い。そこで、吸引回復処理を行う際には、吐出口 2 近傍のインクが吸引回復されれば十分である。

メニスカス 7 が張る力は、吐出口面積に依存することがわかっている。メニスカス 7 の張る力は、吐出口面積が大きいほど小さくなる。すなわち、吐出口面積が大きいほど吸引回復処理が容易に行うことができるようになる。

本実施形態におけるノズル 5、6 の面積は、小ノズル 6 、大ノズル 5 ともに同程度となっているので、メニスカス 7 の張る力も同程度である。すなわち、小ノズル 6 、大ノズル 5 両者に対して実質的に同じ吸引圧や同じ吸引時間で吸引回復処理を行うことができるようになる。

この構成によれば、吸引回復処理を行う際の、小ノズル 6 側のメニスカス 7 の張る力を、大ノズル 5 側のメニスカス 7 の張る力とほぼ同程度にすることができる。このため、両者のノズル 5、6 の吐出口 2 を１つのキャップで覆って吸引回復処理を行っても、両者について同等に液体を吸い出し、両者とも適正に処理を行うことができる。また、吸引するインクの量を増やすことなく、大ノズル 5 と小ノズル 6 を良好に吸引回復することができるため、廃棄するインクの量が低減することができる。

本実施形態では、インク滴の吐出エネルギー発生手段 1 として電気熱変換体を用いたバブルジェット（登録商標）方式のインクジェット記録ヘッドの構成を示したが、例えば、圧電素子を用いた構成のインクジェット記録ヘッドに対しても本実施形態の構成は有効である。これらのことは、以降に示す実施例についても同様である。

上述した発明を実施するための最良の形態をより具体的に実施例１に述べていく。図７は本実施例におけるインクジェット記録ヘッド部の吐出口 2 側からみた平面図を、図８は本実施例におけるノズルの吐出口 2 側からみた平面図を示している。

本実施例における記録素子基板 14 は、階調記録を行い、高品位の画像を形成するために、4 pl、2 pl のインク滴を同じ記録素子内において吐出するように構成した。吐出エネルギー発生手段 1 は、インク供給口 4 の長手軸に沿って、その両側に 600 dpi (42 μｍ間隔)のピッチで並んで配置されている。インク供給口 4 の一方の側を小ノズル 6 、もう一方の側を大ノズル 5 として吐出口 2 を並べ、互いに半ピッチだけずらした構成をとった。したがって、吐出エネルギー発生手段 1 は、両側を合わせた全体として、所定のピッチで大ノズル 5 と小ノズル 6 が交互に千鳥状に並んでいる構成となっている。本実施例においては、大ノズル 5 と小ノズル 6 とを同じ記録素子内において吐出するように構成したが、同じキャップで吸引回復処理を行うのである限り、本発明は有効であり、例えば、大ノズル 5 と小ノズル 6 を別々の記録素子基板 14 として構成してもよい。このことは、以降に示す実施例についても同様である。

大ノズル 5 に関しては、１辺の長さが 24 μｍの正方形である吐出エネルギー発生手段 1 に対して、吐出口面積がφ 11.0 μｍである円形吐出口 2 が２個配置する構成とした。一方、小ノズル 6 に関しては、１辺の長さが 24 μｍの正方形である吐出エネルギー発生手段 1 に対して、吐出口面積がφ 11.0 μｍである円形吐出口 2 を１個配置する構成とした。本実施例においては、吐出口 2 の形状を円形としたが、この限りではなく、実施形態に合わせた形状、例えば、楕円であったり、四角であっても差し支えない。このことは、他の実施形態・実施例についても同様である。

インクとしては、粘度が 25 ℃で 2.2 mPa・s、表面張力が 25 ℃で 30 mN/m のものを用いた。

このような構成例において、吸引回復処理を行ったところ、大ノズル 5 でも、小ノズル 6 でも、インク流路 3 内に存在する気泡や増粘インクをより効率的に除去し、より良好に吸引回復処理を行うことができた。また、廃棄されるインクの量を低減することができた。

本実施例では、インクジェット記録装置全体の構成は、発明を実施するための最良の形態と同様であり、詳細な説明は省略する。図９は、本実施例におけるノズルの吐出口 2 側からみた平面図を示している。

本実施例における記録素子基板 14 は、階調記録を行い、高品位の画像を形成するために、4 pl、2 pl のインク滴を同じ記録素子内において吐出するように構成した。吐出エネルギー発生手段 1 は、インク供給口 4 の長手軸に沿って、その片側に 600 dpi (42 μｍ間隔)のピッチで並んで配置されている。インク供給口 4 の一方の側に小ノズル 6 と大ノズル 5 を交互に並べて配置した構成とした。本実施例においては、ノズルを片側のみ交互に並べる構成としたが、この限りではなく、例えば、両側に配置してもよい。このことは、実施例１を含めて他の実施例・実施形態でも同じである。

大ノズル 5 に関しては、１辺の長さが 24 μｍの正方形である吐出エネルギー発生手段 1 に対して、吐出口面積がφ 11.0 μｍである吐出口 2 が２個配置する構成とした。一方、小ノズル 6 に関しては、１辺の長さが 24 μｍの正方形である吐出エネルギー発生手段 1 に対して、吐出口面積がφ 11.0 μｍである吐出口 2 を１個配置する構成とした。

インクとしては、粘度が 25 ℃で 2.2 mPa・s、表面張力が 25 ℃で 30 mN/m のものを用いた。

このような構成例において、吸引回復処理を行ったところ、大ノズル 5 でも、小ノズル 6 でも、インク流路 3 内に存在する気泡や増粘インクをより効率的に除去し、より良好に吸引回復処理を行うことができた。また、廃棄されるインクの量を低減することができた。

本実施形態では、インクジェット記録装置全体の構成は明を実施するための最良の形態と同様であり、詳細な説明は省略する。図１０は、本実施例におけるノズルの吐出口 2 側から見た平面図を示している。

本実施例における記録素子基板 14 は、階調記録を行い、高品位の画像を形成するために、6 pl、2 pl のインク滴を同じ記録素子内において吐出するように構成した。吐出エネルギー発生手段 1 は、インク供給口 4 の長手軸に沿って、その両側に 600 dpi (42 μｍ間隔)のピッチで並んで配置されている。インク供給口 4 の一方の側を小ノズル 6 、もう一方の側を大ノズル 5 として吐出口 2 を並べ、互いに半ピッチだけずらした構成をとった。したがって、吐出エネルギー発生手段 1 は、両側を合わせた全体として、所定のピッチで大ノズル 5 と小ノズル 6 が交互に千鳥状に並んでいる構成となっている。

大ノズル 5 に関しては、１辺の長さが 24 μｍの正方形である吐出エネルギー発生手段 1 に対して、吐出口面積がφ 11.0 μｍである円形吐出口 2 が３個配置する構成とした。一方、小ノズル 6 に関しては、１辺の長さが 24 μｍの正方形である吐出エネルギー発生手段 1 に対して、吐出口面積がφ 11.0 μｍである円形吐出口 2 を１個配置する構成とした。本実施形態においては、大ノズル 5 として３個の吐出口 2 を、小ノズル 6 として１個の吐出口 2 を配置したが、大・小ノズルともに吐出口数はこの限りではなく、吐出量等の実施形態に応じて変化させてもかまわない。このことは、他の実施例・実施形態についても同様である。

インクとしては、粘度が 25 ℃で 2.2 mPa・s、表面張力が 25 ℃で 30 mN/m のものを用いた。

このような構成例において、吸引回復処理を行ったところ、大ノズル 5 でも、小ノズル 6 でも、インク流路 3 内に存在する気泡や増粘インクをより効率的に除去し、より良好に吸引回復処理を行うことができた。また、廃棄されるインクの量を低減することができた。

従来の大・小吐出量混在ヘッドノズル平面図 従来の大・小吐出量混在ヘッドノズル断面図 インクジェット記録装置主要部斜視図 本実施形態におけるインクジェット記録ヘッド部平面図 a) 本実施形態における大ノズル平面図、b)、c) 本実施形態における大ノズル断面図 a) 本実施形態における小ノズル平面図、b)、c) 本実施形態における小ノズル断面図 実施例１におけるインクジェット記録ヘッド部平面図 実施例１における大・小吐出ヘッドノズル平面図 実施例２における大・小吐出ヘッドノズル平面図 実施例３における大・小吐出ヘッドノズル平面図

符号の説明

1 吐出エネルギー発生手段
2 吐出口
3 インク流路
4 インク供給口
5 大ノズル
6 小ノズル
7 インクのメニスカス
8 回復ユニット
9 キャリッジ（記録ヘッド装着部）
10 キャリッジ軸
11 搬送系
12 供給系
13 支持体
14 記録素子
15 共通液室
16 吐出プレート

Claims (6)

1つのノズルあたり少なくとも1つの吐出口を有し、前記吐出口より吐出エネルギー発生手段によりインクを予め定められた量の液滴として吐出する第1のノズルと、1つのノズルあたり前記第1のノズルよりも多い数の吐出口を有し、前記吐出口より吐出エネルギー発生手段によりインクを前記第1のノズルよりも多量の液滴として吐出する第2のノズルとを有するインクジェット記録ヘッドと、前記インクジェット記録ヘッドのノズルから液体を吸引または加圧するための回復ユニットとを備えるインクジェット記録装置。

前記第2のノズルを形成する1つの吐出口の吐出口面積と、前記第1のノズルを形成する1つの吐出口の吐出口面積が同程度であること特徴とした請求項1に記載のインクジェット記録装置。

前記回復ユニットは、前記第1のノズルと前記第2のノズルの吐出口面を覆って密閉するためのキャップと、前記キャップに覆われた前記吐出口から液体を吸引または加圧するためのポンプを備えることを特徴とした請求項1〜2に記載のインクジェット記録装置。

前記キャップは、前記第1のノズルと前記第2のノズルを一緒に覆うことを特徴とした請求項3に記載のインクジェット記録装置。

前記ポンプは、前記第1のノズルと前記第2のノズルから同じ圧力で液体を吸引または加圧することを特徴とした請求項1〜4に記載のインクジェット記録装置。

前記第2のノズルを形成する1つの吐出口の吐出口面積と、前記第1のノズルを形成する1つの吐出口の吐出口面積が同程度であること特徴とした請求項1に記載のインクジェット記録ヘッド。

Images