JP2009274307A - 流体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】メンテナンス処理により記録ヘッドに付着した残留インクを確実に除去できる、流体噴射装置を提供する。
【解決手段】流体を噴射する複数のノズルを含む噴射面１７を有する噴射ヘッド４と、噴射ヘッド４のノズル１６に対するメンテナンス処理を行うメンテナンス装置と、メンテナンス装置によるメンテナンス処理により噴射面１７に残留した流体Ｌに対してレーザ光を照射するレーザ光源部５１を含むレーザー光照射装置１５と、を備える流体噴射装置である。
【選択図】 図４

Description

本発明は、流体噴射装置に関するものである。

流体噴射装置は、流体を噴射可能な噴射ヘッドを備え、この噴射ヘッドから各種の流体を被記録材等に向けて噴射する装置である。流体噴射装置の代表的なものとして、例えば、インクジェット式記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドという）を備え、この記録ヘッド（噴射ヘッド）のノズルから液体状のインク（流体）をインク滴として記録紙等の被記録材に向けて吐出・着弾させてドットを形成することで記録を行うインクジェット式記録装置がある。

このようなインクジェット式記録装置において、レーザー光を利用することで、記録に関与させたくないインクミスト等の不要なインク滴を効率的に除去し、高品位の画像を得るものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３４０１６号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された技術は、レーザー光によりノズルから吐出されたインクを除去できるものの、メンテナンス処理によって記録ヘッドの噴射面に付着した残留インクの除去が考慮されていなかった。そのため、メンテナンス処理により噴射面に付着した残留インクを簡便に除去できる技術の提供が望まれている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、メンテナンス処理により記録ヘッドに付着した残留インクを確実に除去できる、流体噴射装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の流体噴射装置は、流体を噴射する複数のノズルを含む噴射面を有する噴射ヘッドと、該噴射ヘッドの前記ノズルに対するメンテナンス処理を行うメンテナンス装置と、該メンテナンス装置によるメンテナンス処理により前記噴射面に残留した前記流体に対してレーザ光を照射するレーザ光源部を含むレーザー光照射装置と、を備えることを特徴とする。

本発明の流体噴射装置によれば、レーザー光照射装置により、メンテナンス処理後に噴射面に付着した残留流体に対してレーザー光を照射することで残留流体を蒸発させることができる。よって、メンテナンス処理により噴射面に残留した残留流体を簡便且つ確実に除去することができる。

また、上記流体噴射装置においては、前記レーザー光源部及び前記噴射ヘッドのそれぞれを相対的に移動可能とする移動機構が設けられるのが好ましい。
この構成によれば、レーザー光照射装置及び噴射ヘッドは、相対移動が可能とされるので、噴射面の全域にレーザ光を確実に照射することができる。よって、噴射面に付着した残留流体を良好に除去することができる。
この場合、前記移動機構は、前記レーザー光照射装置に設けられるのがより好ましい。
このようにすれば、噴射ヘッドを移動させること無くレーザー光照射装置により上記残留流体を確実に除去できる。よって、レーザー光照射時に噴射ヘッドを移動させないため、噴射ヘッドの噴射面から残留流体が落下するといった不具合の発生を防止できる。

また、上記流体噴射装置においては、前記移動機構は、前記レーザ光源部を前記ノズルの配列方向に沿って移動可能に構成されるのが好ましい。
この構成によれば、レーザー光源部をノズルの配列方向に移動させることで、噴射面の全域に亘って付着している残留流体を良好に除去できる。

また、上記流体噴射装置においては、前記レーザー光照射装置は、前記噴射面に沿ってレーザ光を照射するのが好ましい。
この構成によれば、レーザー光が噴射面に対して傾斜した状態に入射する場合に比べ、レーザ光が噴射面に沿って拡がるため、残留流体に対してレーザ光を効率的に照射することができる。よって、噴射面上に付着する残留流体を良好に除去できる。

また、上記流体噴射装置においては、前記メンテナンス装置は、前記噴射ヘッドに当接するとともに前記ノズルから前記流体を排出させるキャップ部材を複数含み、前記レーザー光照射装置は前記流体を排出させた前記キャップ部材の当接領域に対して選択的にレーザー光を照射するのが好ましい。
この構成によれば、キャップ部材が当接した領域に付着した残留流体のみをレーザー光照射装置によって選択的に除去することができるので、複数のキャップ部材を備えたメンテナンス装置を採用することが可能となる。また、メンテナンス装置が複数のキャップ部材を備えることで、噴射ヘッドの所定領域に対応したノズルから選択的に流体を排出できる。このように、複数のキャップ部材を使い分けることで、メンテナンス処理時において流体が無駄に排出されてしまうのを防止することができる。

以下、本発明に係る流体噴射装置の実施形態について、図を参照して説明する。本実施形態では、本発明に係る流体噴射装置として、インクジェット式プリンタ（以下、プリンタと称す）を例示する。

図１は、本実施形態に係るプリンタに係る構成を示す斜視図、図２は、平面図である。
図１及び図２に示すように、プリンタ１は、インクにより記録紙に対する記録を実行する記録ユニット２と、記録紙を搬送する記録紙搬送機構３とを備えている。
記録ユニット２は、インクを噴射する記録ヘッド４（噴射ヘッド）と、記録ヘッド４を支持しながら移動可能なキャリッジ５と、記録ヘッド４及びキャリッジ５と対向する位置に配置され、インクが噴射される記録紙を支持するプラテン６とを含む。

プリンタ１は、キャリッジ５を移動するモータ等を含むキャリッジ駆動装置７と、キャリッジ５の移動を案内するキャリッジガイド部材とを備えている。
キャリッジ５は、キャリッジガイド部材に案内されながら、キャリッジ駆動装置７によって、主走査方向に移動する。記録紙は、記録紙搬送機構３により、記録ユニット２に対して、主走査方向と交差する副走査方向に移動する。

また、プリンタ１は、記録紙を収容する給紙カセット９を備えている。
給紙カセット９は、プリンタ１の本体の背面側に、着脱可能に設けられている。給紙カセット９は、積層された複数の記録紙を収容可能に設けられている。

記録紙搬送機構３は、給紙カセット９の記録紙を搬出するための給紙ローラと、給紙ローラを駆動するモータ等を含む給紙ローラ駆動装置１０と、記録紙の移動を案内する記録紙ガイド部材１１と、給紙ローラに対して搬送方向の下流側に配置されている搬送ローラと、搬送ローラを駆動する搬送ローラ駆動装置と、記録ユニット２に対して搬送方向の下流側に配置されている排出ローラとを有している。

給紙ローラは、給紙カセット９に積層されている複数の記録紙のうち、最も上側に配置されている記録紙をピックアップし、給紙カセット９より搬出可能に構成されている。給紙カセット９の記録紙は、記録紙ガイド部材１１に案内されながら、給紙ローラ駆動装置１０によって駆動する給紙ローラによって、搬送ローラに送られる。搬送ローラに送られた記録紙は、搬送ローラ駆動装置によって駆動する搬送ローラにより、搬送方向の下流側に配置された記録ユニット２に搬送される。

記録ユニット２のプラテン６は、記録ヘッド４及びキャリッジ５と対向する位置に配置され、記録紙の下面を支持する。記録ヘッド４及びキャリッジ５は、プラテン６の上方に配置されている。記録紙搬送機構３は、記録ユニット２による記録動作と連動して、記録紙を副走査方向に搬送する。記録ユニット２で記録された記録紙は、排出ローラを含む記録紙搬送機構３によって、プリンタ１の正面側から排出される。

また、プリンタ１は、インクカートリッジのインクをキャリッジ５の記録ヘッド４に供給するインク供給チューブ１２を備えている。インクカートリッジのインクは、インク供給針を介してインク供給路に供給され、そのインク供給路より、インク供給チューブ１２を介して、キャリッジ５の記録ヘッド４に供給される。

また、プリンタ１は、記録ヘッド４をメンテナンス可能なキャッピング装置（メンテナンス装置）１４を備えている。キャッピング装置１４は、キャリッジ５及び記録ヘッド４のホームポジションに配置されている。ここで、ホームポジションは、キャリッジ５の移動領域内であって、記録ユニット２による記録動作が実行される記録領域の外側の端部領域に設定されている。したがって、電源が切断されている間、あるいは長時間に亘って記録動作が実行されない場合、キャリッジ５及び記録ヘッド４は、ホームポジションに配置される。

キャッピング装置１４は、吸引により記録ヘッド４のノズル１６内からインクを強制的に排出させることでノズル１６の噴射不良を解消するメンテナンス処理を行うためのものである。
また、プリンタ１は、記録ヘッド４の噴射面に対してレーザ光を照射可能とするレーザー光照射装置１５を備えている。このレーザー光照射装置１５は、詳細については後述するように上記キャッピング装置１４によるメンテナンス処理（吸引処理）を行った後に、記録ヘッド４の噴射面に付着した（残留した）インクを除去するためのものである。

図３は、記録ヘッド４の断面図である。
図３に示すように、記録ヘッド４は、ヘッド本体１８と、振動板１９、流路基板２０、及びノズル基板２１を含む流路形成ユニット２２とを備えている。ノズル１６は、ノズル基板２１に形成されている。すなわち、ノズル基板２１の下面は、複数のノズル１６が形成された噴射面１７が構成されている。流路形成ユニット２２は、振動板１９、流路基板２０、及びノズル基板２１を積層し、接着剤等で接合して一体にしたものである。また、本実施形態に係る記録ヘッド４は、プリンタ１が対象とする最大サイズの印刷紙の幅員（最大記録紙幅）以上の長さに亘ってノズル１６が多数配列された、所謂ラインヘッドとして使用しても良い。

記録ヘッド４は、ヘッド本体１８の内部に形成された収容空間２３と、収容空間２３に配置された駆動ユニット２４とを備えている。駆動ユニット２４は、複数の圧電素子２５と、圧電素子２５の上端を支持する固定部材２６と、駆動信号を圧電素子２５に供給する柔軟なケーブル２７とを備えている。圧電素子２５は、複数のノズル１６のそれぞれに対応するように設けられている。

また、記録ヘッド４は、ヘッド本体１８の内部に形成され、インクカートリッジからインク供給チューブ１２を介して供給されたインクが流れる内部流路２８と、振動板１９、流路基板２０、及びノズル基板２１を含む流路形成ユニット２２によって形成され、内部流路２８と接続された共通インク室２９と、流路形成ユニット２２によって形成され、共通インク室２９と接続されたインク供給口３０と、流路形成ユニット２２によって形成され、インク供給口３０と接続された圧力室３１とを備えている。圧力室３１は、複数のノズル１６に対応するように複数設けられている。複数のノズル１６のそれぞれは、複数の圧力室３１のそれぞれに接続されている。

ヘッド本体１８は、合成樹脂で形成されている。振動板１９は、例えばステンレス鋼等の金属製の支持板上に弾性フィルムをラミネート加工したものである。振動板１９の圧力室３１に対応する部分には、圧電素子２５の下端と接合される島部３２が形成されている。振動板１９の少なくとも一部は、圧電素子２５の駆動に応じて弾性変形する。振動板１９と内部流路２８の下端近傍との間にはコンプライアンス部３３が形成されている。
流路基板２０は、内部流路２８の下端とノズル１６とを接続する共通インク室２９、インク供給口３０、及び圧力室３１それぞれの空間を形成するための凹部を有する。本実施形態においては、流路基板２０は、シリコンを異方性エッチングすることで形成されている。

ノズル基板２１は、所定方向に所定間隔（ピッチ）で形成された複数のノズル１６を有する。本実施形態のノズル基板２１は、例えばステンレス鋼等の金属で形成された板状の部材である。なお、上述のように噴射面１７は、ノズル基板２１の下面によって形成されている。

このように構成されたプリンタ１は、インクを貯留するインク貯留部（流体貯留部）として、不図示のインクカートリッジを有し、このインクカートリッジからインク供給チューブを介して供給されたインクが図３に示した内部流路２８の上端に流入するように構成されている。内部流路２８の下端は、共通インク室２９に接続されており、インクカートリッジからインク供給チューブ１２を介して内部流路２８の上端に流入したインクは、内部流路２８を流れた後、共通インク室２９に供給される。共通インク室２９に供給されたインクは、インク供給口３０を介して、複数の圧力室３１のそれぞれに分配されるように供給される。

ケーブル２７を介して圧電素子２５に駆動信号が入力されると、圧電素子２５が伸縮する。これにより、振動板１９が圧力室３１に接近する方向及び離れる方向に変形（移動）する。これにより、圧力室３１の容積が変化し、インクを収容した圧力室３１の圧力が変動する。この圧力の変動によって、ノズル１６から、インクが噴射（吐出）される。
このように、本実施形態の圧電素子２５は、ノズル１６よりインクを噴射するために、入力される駆動信号に基づいて、ノズル１６に接続された圧力室３１の圧力を変動させる。

続いて、本実施形態に係るプリンタ１における特徴的な構成要素であるレーザー光照射装置１５について説明する。図４はレーザー光照射装置１５の周辺部における構成を示す図である。なお、図４（ａ）はレーザー光照射装置１５および記録ヘッド４の構成を示す斜視図であり、図４（ｂ）は側面図を示すものである。

記録ヘッド４は、キャッピング装置１４によるメンテナンス処理後、図４に示されるようにノズル１６近傍における噴射面１７（図３参照）に残留インクＬが付着する。レーザー光照射装置１５は、噴射面１７に対してレーザー光を照射することで、噴射面１７に付着した残留インクＬを蒸発させて除去することができる。

具体的にレーザー光照射装置１５は、レーザー光を照射するレーザー光源部５１と、このレーザー光源部５１を保持するとともにレーザー光源部５１を記録ヘッド４に対して相対的な移動を可能とする移動機構５２と、レンズ５３と、を含む。

レーザー光源部５１は、例えば、出力１０Ｗ、発振周波数１０６４ｍｍのＹＡＧレーザーであり、パルス信号を入力することにより、任意のタイミング、任意の時間に渡ってレーザー光を発振することができる。

上記レンズ５３は、レーザー光源部５１から照射されたレーザー光が噴射面１７上の残留インクＬにて焦点を結ばせるようになっている。これにより、噴射面１７上に付着している残留インクを良好に除去することが可能となる。すなわち、レーザー光照射装置１５は、メンテナンス処理によって噴射面１７に付着される残留インクを払拭するためのワイピング部材と同等の機能を得ることができる。

レーザー光源部５１は、図４（ｂ）に示されるように、噴射面１７に対し、噴射面１７に沿ってレーザー光を照射するように位置決めされる。これにより、レーザー光源部５１は、発振したレーザー光が記録ヘッド４のノズル１６の直下を通過するようになっている。このようにすれば、レーザー光が噴射面１７に対して傾斜した状態に入射する場合に比べ、レーザ光が噴射面１７に沿って拡がるため、レーザ光を効率的に照射することができる。よって、噴射面１７上に付着する残留インクＬを良好に除去できるようになっている。

また、レーザー光源部５１は、噴射面１７におけるノズル１６の配列方向に直交する方向（図４（ａ），（ｂ）中Ｙ方向）にレーザー光を照射可能とされている。また、レーザー光源部５１は、上記移動機構５２により噴射面１７におけるノズル１６の配列方向（図４（ａ），（ｂ）中Ｘ方向）に沿って移動可能となっている。これにより、噴射面１７の全域にレーザ光を照射することが可能となり、噴射面１７に付着した残留インクＬを良好に除去することができる。また、本実施形態ではレーザー光の照射時に記録ヘッド４を移動させないため、噴射面１７から残留インクが落下するといった不具合の発生を防止できる。

図５は、プリンタ１の電気的な構成を示すブロック図である。本実施形態におけるプリンタ１は、プリンタ１全体の動作を制御する制御装置５８を備えている。この制御装置５８には、プリンタ１の動作に関する各種情報を入力する入力装置５９と、プリンタ１の動作に関する各種情報を記憶した記憶装置６０とが電気的に接続されている。

また、制御装置５８には、記録紙搬送機構３、キャリッジ駆動装置７、キャッピング装置１４等が接続されている。また、プリンタ１は、圧電素子２５に入力する駆動信号を発生する駆動信号発生器６２を備えており、駆動信号発生器６２は制御装置５８に電気的に接続されている。

駆動信号発生器６２には、記録ヘッド４の圧電素子２５に入力する吐出パルスの電圧値の変化量を示すデータ、及び吐出パルスの電圧を変化させるタイミングを規定するタイミング信号が入力される。駆動信号発生器６２は、入力されたデータ及びタイミング信号に基づいて吐出パルス等の駆動信号を発生する。

駆動信号発生器６２より吐出パルスが圧電素子２５に入力されると、ノズル１６よりインク滴が吐出される。吐出パルスが圧電素子２５に入力されると、圧電素子２５が収縮して圧力室３１が膨張する。圧力室３１の膨張状態が短時間維持された後、圧電素子２５が急激に伸長する。これに伴って、圧力室３１の容積が基準容積以下に収縮し、ノズル１６に露出したメニスカスが外側に向けて急激に加圧される。これにより、所定量のインクの滴がノズル１６から吐出される。その後、インクの滴の吐出に伴うメニスカスの振動を短時間で収束させるように、圧力室３１が基準容積に復帰する。

以下、上述の構成を有するプリンタ１の動作の一実施形態として、キャッピング装置１４を用いたメンテナンス動作、及びメンテナンス処理後のレーザー光照射装置１５の動作について説明する。

プリンタ１は、ノズル１６内でインクの増粘に起因する吐出不良を防止すべく、上記キャッピング装置１４を用い、不図示の吸引ポンプを駆動させることでノズル１６内からインクを排出させるメンテナンス処理を実行する。

具体的には、制御装置５８は、キャッピング装置１４が設けられたホームポジションに記録ヘッド４を移動させる。そして、キャッピング装置１４に設けられた不図示の昇降機構を駆動させることでキャッピング装置１４を上昇させて、記録ヘッド４に当接させる。

続いて、制御装置５８は吸引ポンプを駆動させ、キャッピング装置１４と噴射面１７との間に生じている密閉空間を負圧状態とする。これにより、ノズル１６内からインクを排出させるメンテナンス処理を行うことができる。

ところで、このようなキャッピング装置１４を用いたメンテナンス処理を行うと、ノズル１６から排出された残留インクが噴射面１７に付着した状態となる。
本実施形態に係るプリンタ１は、上記キャッピング装置１４によるメンテナンス処理後、上記レーザー光照射装置１５から記録ヘッド４の噴射面１７に対してレーザー光を照射する。このとき、レーザー光照射装置１５は、図４（ａ），（ｂ）に示したように、記録ヘッド４のノズル１６の直下を通過させるようにレーザー光を照射するとともに、移動機構５２によりノズル１６の配列方向（図４（ａ），（ｂ）中Ｘ方向）に沿って移動する。これにより、レーザー光照射装置１５は、噴射面１７の全域に亘ってレーザー光を照射することができ、残留インクはレーザー光が照射されることで蒸発する。これにより、噴射面１７上からメンテナンス処理により付着した残留インクを完全に除去することができる。

続いて、上述のレーザー光照射装置１５によって噴射面１７上に付着した残留インクを除去した後、ノズル１６内からインクを噴射することでインクメニスカスを整えるフラッシング動作を行い、プリンタ１は印字処理が実行可能となる。

以上述べたように、本実施形態に係るプリンタ１によれば、レーザー光照射装置１５により、メンテナンス処理後に噴射面１７に付着した残留インクに対してレーザー光を照射することで残留インクを蒸発させることができる。よって、メンテナンス処理により噴射面に残留した残留インクを確実に除去することができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されることは無く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、レーザー光照射装置１５はノズル１６の配列方向に直交する方向（図４（ａ），（ｂ）中Ｙ方向）にレーザー光を照射する構成としたが、ノズル１６の配列方向（図４（ａ），（ｂ）中Ｘ方向）にレーザー光を照射するようにしてもよい。この場合、レーザー光を照射するレーザー光源部５１の位置を固定した状態で、手前側のノズル１６の近傍における残留インクＬをレーザ光によって順次除去することができる。

また、上記実施形態では、メンテナンス処理時に、キャッピング装置１４が記録ヘッド４の噴射面１７の全域に当接するように構成されていた。これに対し、図６に示すようにキャッピング装置１４が噴射面１７に当接する複数（図６においては４つ）のキャップ部材７１から構成されていてもよい。この場合、キャッピング装置１４は、複数の上記キャップ部材７１のうちのいずれか（例えば、１つ）を必要に応じて噴射面１７に当接させることで、メンテナンス処理が必要とされるノズル１６を含む領域から選択的にインクを排出させることができる。このような場合においても、本発明によれば、記録ヘッド４の噴射面１７のうち、キャップ部材７１によるメンテナンス処理により残留インクが生じている領域Ａに対してレーザー光照射装置１５のレーザ光源部５１からレーザー光を選択的に照射することができる。このように複数のキャップ部材７１を備えることでメンテナンス処理時にノズル１６から必要以上にインクが排出されることで、無駄に消費されてしまうインク量を低減できる。

また、上記実施形態では、流体噴射装置として、インクジェット式プリンタに具体化したが、この限りではなく、インク以外の他の流体（機能材料の粒子が分散されている液状体、ジェルのような流状体）を噴射したり吐出したりする流体噴射装置に具体化することもできる。

プリンタに係る構成を示す斜視図である。 プリンタに係る構成を示す平面図である。 記録ヘッドの断面図である。 レーザー光照射装置の概略構成を示す図である。 プリンタの電気的な構成を示すブロック図である。 キャッピング装置における変形例に係る構成を示す図である。

符号の説明

１…プリンタ（流体噴射装置）、４…記録ヘッド、１４…キャッピング装置（メンテナンス装置）、１５…レーザー光照射装置、１６…ノズル、１７…噴射面、５２…移動機構、７１…キャップ部材

Claims (6)

1. 流体を噴射する複数のノズルを含む噴射面を有する噴射ヘッドと、
   該噴射ヘッドの前記ノズルに対するメンテナンス処理を行うメンテナンス装置と、
   該メンテナンス装置によるメンテナンス処理により前記噴射面に残留した前記流体に対してレーザ光を照射するレーザ光源部を含むレーザー光照射装置と、
   を備えることを特徴とする流体噴射装置。
2. 前記レーザー光源部及び前記噴射ヘッドのそれぞれを相対的に移動可能とする移動機構が設けられることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
3. 前記移動機構は、前記レーザー光照射装置に設けられることを特徴とする請求項２に記載の流体噴射装置。
4. 前記移動機構は、前記レーザ光源部を前記ノズルの配列方向に沿って移動可能に構成されることを特徴とする請求項３に記載の流体噴射装置。
5. 前記レーザー光照射装置は、前記噴射面に沿ってレーザ光を照射することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の流体噴射装置。
6. 前記メンテナンス装置は、前記噴射ヘッドに当接するとともに前記ノズルから前記流体を排出させるキャップ部材を複数含み、前記レーザー光照射装置は前記流体を排出させた前記キャップ部材の当接領域に対して選択的にレーザー光を照射することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の流体噴射装置。

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