JP2011005672A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来のワイピングでは十分に拭き取ることができなかったゴミを効果的に除去すること。
【解決手段】 クリーニング動作時に、供給路においてインクを加圧してノズルからインクを溢れ出させる第１ステップと、加圧を停止させる第２ステップと、加圧が停止して負圧が与えられない状態でワイピングを行なう第３ステップと、ノズルのインクに負圧を与えてメニスカスを形成させる第４ステップを順次実行する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、インクジェット記録ヘッドのクリーニングの技術に関する。

インクを吐出するノズルが形成されたノズル面を備えた記録ヘッドにおいて、ノズル面に紙粉や大気中を浮遊する塵など（以下、ゴミという）が付着することがある。ゴミが付着すると、インク滴の着弾精度が悪化したり不吐出状態となって形成される画像にスジを発生させる原因となる。そこで、弾性体からなるワイパによってノズル面からゴミを拭き取るクリーニング機構を備えたプリンタが一般的である。

特許文献１はクリーニング機構を備えたプリンタの一例を示す。この装置は、クリーニング動作時には記録ヘッドへ供給するインクを加圧してノズルからインクを溢れ出させながらワイピングを行なう。これにより、ワイピングの際にワイパでノズル内にゴミを押し込んでしまうことを防止して、拭き取り効果を高めるものである。ワイパが終了位置まで移動した時点で加圧を解除して、ノズル面に溢れ出たインクは記録ヘッド内の負圧によりノズル内に引き込まれて表面張力によってメニスカスを形成する。

特開平３−９９８５７号公報

特許文献１の装置では、ワイピング中にも多量のインクが溢れ出るので、ワイピングで掻き寄せるインクの量が多い。また、ワイパが移動した直後のノズルからもインクが溢れ出る。そのため、掻き寄せたインクがワイパの両端部から回り込んで、ワイパが移動後に溢れ出たインクと繋がって一体化する場合がある。すると、掻き寄せたインク中に含まれるゴミが、インクと共に元のノズルの上に移動してしまう。ここで、加圧を解除して負圧によってノズル面上の多量のインクをノズルにを引き込むと、インクと一緒にゴミも一緒にノズルに引き込まれ、吐出口に再びゴミが付着してしまい、クリーニング不良となる（図１０参照）。

また、特許文献１の装置は、ワイピングが終了するまではインクを加圧し続けるので、クリーニングのたびにインクの消費量が多いという課題がある。

本発明は上述の課題の認識に基づいてなされたものであり、従来の技術の改良して上述の課題の少なくとも一つを解決することを目的とする。本発明のより具体的な目的の一つは、従来のワイピングでは十分に拭き取ることができなかったゴミを効果的に除去することができる新規なクリーニングの手法の提供である。

上述の課題を解決する本発明のプリンタは、インクを吐出するノズルが形成されたノズル面を備えた記録ヘッドと、前記ノズルにインクを供給する供給路を含む供給系と、前記記録ヘッドのノズル面にワイパを当接させ且つ前記ワイパと前記記録ヘッドとを前記ノズル面と平行な方向に相対的に移動させて前記ノズル面のクリーニングを行なうワイピング機構と、前記ワイピング機構と前記供給系を制御するコントローラとを備え、前記コントローラはクリーニング動作時に、前記供給路においてインクを加圧して、前記ノズルからインクを溢れ出させる第１ステップ；前記第１ステップの後に、前記加圧を停止させる第２ステップ；前記第２ステップの後に、前記加圧が停止して前記ノズルのインクに負圧が与えられない状態で前記ワイピングを行なう第３ステップ；及び前記第３ステップの後に、前記ノズルのインクに負圧を与えてメニスカスを形成させる第４ステップを実行するように前記ワイピング機構と前記供給系を制御することを特徴とする。

本発明によれば、従来のワイピングでは十分に拭き取ることができなかったゴミを効果的に除去することができる。

記録装置の主要部の構成を示す図 加圧ポンプの動作を説明するための図 記録ヘッドの構造を示す断面図 制御系のブロック図 動作シーケンスを示すフローチャート クリーニング動作を説明するための図 クリーニング動作中のノズルの圧力変化を示す図 第二の実施例のクリーニング動作を説明するための図 クリーニング動作中のノズルでの圧力変化を示す図 従来のクリーニング動作を示す図

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示する。ただし、この実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、この発明の範囲をそれらのみに限定する主旨のものではない。以下、記録装置の例としてインクジェット方式のプリンタの実施形態を説明する。本明細書において「記録装置」とは、プリント機能に特化した専用機に限らず、プリント機能とその他の機能を複合した複合機や、基板などにパターンを形成する製造装置等も含むものとする。

図１は実施形態のインクジェットプリンタの主要部の構成を示す構成図である。記録装置１は、ノズルからインクを吐出させてメディア上にプリントを行なうための記録ヘッド１２を備えている。インク供給系によって、インクタンク１３から記録ヘッド１２にインクが供給され吐出されなかったインクはインクタンク１３に戻される。供給系は、インクを貯留するインクタンク１３と、インクタンク１３から記録ヘッド１２にインクを供給する供給チューブ１５（供給路）と、記録ヘッド１２からインクタンク１３にインクを回収させる回収チューブ（回収路）を備える。供給チューブ１５はフレキシブルな材質でできており、後述するように押し潰すことができるようになっている。供給チューブ１５の流路途中には、インクタンク１３から記録ヘッド１２にインクを送るための加圧ポンプ１６が設けられている。回収路側には流路を開閉する開閉弁１８が設けられている。記録ヘッド１２は、例えば、６色のインクに対応した６本のラインヘッドを備える。色数は６色に限らず１色でもあっても６色以外の複数色であってもよい。各色のラインヘッドは、継ぎ目無く単一のノズルチップで形成されたものであってもよいし、分割されたノズルチップが一列又は千鳥配列のように規則的に並べられたものであってもよい。本実施例では、説明を簡略化するために、１色分の供給系についてのみ説明するが、実際には同様の供給系が使用するインク色ごとに設けられている。

また、ワイパ２１とワイパホルダ２２によってワイピング機構が構成されている。ワイピング機構は。記録ヘッド１２のノズル面にワイパ２１を当接させ、且つワイパ２１と記録ヘッド１２とをノズル面と平行な方向に相対的に移動させて、ノズル面のクリーニング動作を行なう。ワイパ２１はワイパホルダ２２によって支持されている。ワイパホルダ２２はノズル面に平行な方向（多数のノズルが配列されたノズル面の配列長手方向）に、少なくとも配列長手方向でノズルの配列長さに渡って移動することができる。また、ワイパホルダ２２は、ノズル面に交差する方向に変位して、搭載するワイパ２１の先端がノズル面に接する位置と離れる位置とに切り換えることが可能である。

供給系の個々の部材についてさらに詳しく説明する。記録ヘッド１２は、供給チューブ１５が接続される供給口１４と、回収チューブ１７が接続される回収口１９を有する。記録ヘッド１２の内部には、後述するように所定量のインクを蓄積する液室が設けられている。インクを貯蔵するインクタンク１３には供給チューブ１５と回収チューブ１７が接続され、タンク上面には大気連通口２０が設けられている。

インクタンク１３の底面と、記録ヘッド１２のノズル面は高低差、例えば１５０ｍｍの水頭圧差がある。この水頭差による記録ヘッド１２内の負圧とノズルのメニスカス力とが平衡状態になり、ノズルからインクの漏れ出しや、記録中のノズルからのインクの過剰な流出が起きないようになっている。

加圧ポンプ１６は、加圧ローラ２３が供給チューブ１５を押さえ付け回転することで供給チューブ１５の内部を加圧する所謂チューブポンプである。図２は加圧ポンプ１６の動作を説明するための図である。図２（ａ）は加圧ポンプ１６が動作して加圧している様子を示す。加圧ローラ２３は複数のローラが同心円で円周方向に配列された構造を有する。加圧ローラ２３を構成するローラの１つ又は複数が供給チューブ１５に当接して、フレキシブルなチューブを押し潰す。そして、加圧ローラ２３が図中時計回りに回転してチューブに対して移動することで、押し潰される箇所が順次移動しそれ以外の箇所は元の形状に復元する。ローラの１つ又は複数が供給チューブ１５をしごいて、チューブ内のインクを矢印方向に押出して流れを作り出す。こうして、加圧ポンプ１６と記録ヘッド１２との間の供給チューブ１５内が加圧される。

図２（ｂ）、図２（ｃ）は加圧ポンプ１６が停止している様子を示す。図２（ｂ）の状態では、加圧ローラ２３のローラの１つ又は複数が供給チューブ１５に当接して押し潰しているので、供給チューブ１５の流路が閉塞されている。これに対して、図２（ｃ）の状態では、加圧ローラ２３が供給チューブ１５から離間して、供給チューブ１５を押さえ付けているので、供給チューブ１５の流路は開放される。すなわち、加圧ローラ２３は加圧ポンプとしての機能のみならず、流路の開閉弁としても機能する。閉弁状態（図２（ｂ））は、は開弁状態（図２（ｃ））を切り換えることができる。なお、本実施例では加圧ポンプ１６はチューブポンプとしたが、これには限定されず、ピントン方式など他の方式のポンプであってもよい。

図３（ａ）は記録ヘッド１２の構造を示す断面図である。記録ヘッド１２は、液室１１、ノズルチップ１２１、供給口１４、フィルタ１４Ａ、回収口１９、フィルタ１９Ａを備える。液室１１はインクを一時蓄積してノズルチップ１２１にインクを供給する。液室１１の一端は供給口１４に接続され、他端は回収口１９に接続されている。供給チューブ１５は供給口１４に接続されている。供給口１４の内部にはフィルタ１４Ａが配置されており、供給チューブ１５から供給されたインクはフィルタ１４Ａでゴミが濾過されて液室１１内に導入される。回収チューブ１７は回収口１９に接続されている。回収口１９の内部にはフィルタ１９Ａが配置され、液室１１内のインクはフィルタ１９Ａで濾過されて回収チューブ１７に排出される。

図３（ｂ）はノズルチップ１２１の断面図である。液室１１から供給されたインクを液滴として吐出させるための複数のノズル１２２がノズル面に配列されている。上述したように、ワイパ２１はワイピングの際にはノズル１２２の配列方向に移動する。ノズル１２２の各ノズルにはインク滴を吐出させるためのエネルギ発生素子が設けられている。本実施例ではエネルギ発生素子は発熱素子である。これに限らず、ピエゾ素子を用いる方式、静電素子を用いる方式、ＭＥＭＳ素子を用いる方式など、別の方式のインクジェット方式を採用するようにしてもよい。

図４は、記録装置の制御系のブロック図を示す。ＣＰＵ２００は記録装置の全体の各種制御を司る、ＲＯＭ２０１は制御プログラムや制御データを記憶する。ＲＡＭ２０２は画像処理のために展開されたデータ保存領域となったり制御パラメータを一時保存する。バス２０３はデータや制御指令を伝達する。これらＣＰＵ２００、ＲＯＭ２０１、ＲＡＭ２０２、バス２０３が中心となってコントローラを構成する。ＣＰＵ２００からの制御指令はバス２０３を通じて加圧ポンプ１６、開閉弁１８、記録ヘッド１２、ワイパホルダ２２、シート搬送機構３０等に伝達され、それぞれが指令に従って作動する。シート搬送機構３０は、記録ヘッド１２でプリントを行なうシートを一定速度で搬送させるための搬送ローラ等を含む機構である。

コントローラのＲＯＭ２０１には、プリントモードとクリーニングモードを選択的に実行するための制御プログラムが記憶されている。コントローラは、プリントモードの実行時には、シート搬送機構３０で記録ヘッド１２に対してシートを搬送させながら記録ヘッド１２からインクを吐出させてシート上に画像を形成するように制御する。

クリーニングモードが選択された場合のクリーニング動作時のシーケンスについて以下に説明する。図５は動作シーケンスを示すフローチャート、図６はクリーニング動作中の各ステップでの状態を示す図である。

クリーニングモードがスタートする初期状態では、例えば図６（ａ）に示すように、記録ヘッド１２の吐出口１２３やノズル面にはゴミ１２４が付着している。ノズル面とゴミ１２４の間にインクが介在するとインクの界面張力の作用によりゴミ１２４がノズル面に強く付着する。また、ノズルのインクはインクタンク１３と記録ヘッド１２のノズル面との高低差による水頭圧差による負圧状態を保っているため、メニスカスを形成している。

ここで、図５のステップＳ１では開閉弁１８を閉じて回収チューブ１７を閉塞させる。ステップＳ２では加圧ポンプ１６の駆動を開始する。加圧ローラ２３は図２（ｂ）の状態となり、供給チューブ１５は閉塞される。ステップＳ１とステップＳ２の順番は逆であっても良いし同時であってもよい。

ステップＳ３では加圧ポンプが加圧を開始する。加圧ローラ２３は図２（ａ）のように回転を始める。図６（ｂ）に示すように、記録ヘッド１２の各ノズル１２２からインクを押し出し、ノズル面にインクが溢れ出す。この時、ノズル面に付着していたゴミ１２４は溢れ出るインクと共に押し出されてノズル面から離れて、溢れ出たインクの内部や大気との界面に位置する。加圧が継続されると、図６（ｃ）のように、各ノズルから個別に溢れ出たインク同士が合体し、複数のノズルにまたがって大きなインク滴を形成する。さらに加圧が継続されると、図６（ｄ）のように、一部のインク滴は重力により滴下する。この時、一部のゴミはインクと共に落下することでノズル面から除去される。

続くステップＳ４では、加圧ポンプ１６の回転を停止させて加圧を停止する。加圧ローラ２３は図２（ｂ）の状態となって供給チューブ１５を閉塞する。開閉弁１８も閉じている。供給側と回収側の両方の流路の弁を閉じているので、インクタンク１３と記録ヘッド１２のノズル面との高低差による水頭圧差が発生しない。そのため、記録ヘッド１２には負圧が発生せず、図６（ｅ）のようにノズル面はインクが溢れ出た状態を維持する。

ステップＳ５ではワイパホルダ２２によってワイパ２１を移動させて、記録ヘッド１２のノズル面に対してワイピング動作を行なう。ゴミ１２４はノズル面からは離れて溢れ出たインク内部や大気の界面に存在するので、溢れ出たインクと共に容易に拭き取ることができる。図６（ｆ）に示すように、拭き取られたインク及びゴミは、ワイパ２１の移動方向にかき寄せられてワイパホルダ２２を介してインク排出機構へ排出される。図６（ｇ）はワイパ２１がワイピング終了位置まで移動した状態を示す。ノズル面に付着していたゴミは残らず除去されている。

その後、ステップＳ６で開閉弁１８を閉から開に切り換える。そして、ステップＳ７で加圧ポンプ１６の加圧ローラ２３を供給チューブ１５から離間させて図２（ｃ）の状態にする。ステップＳ６とステップＳ７順序は逆であってもよいし同時であっても良い。また、開状態にするのは加圧ポンプ１６と開閉弁１８の一方だけにしてもよい。こうして供給側と回収側の少なくとも一方（好ましくは両方）の流路の弁が開放されるので、図６（ｈ）のように、記録ヘッド１２の各ノズルに負圧が与えられてインクの表面張力によって凹のメニスカスが形成される。以上で、クリーニング動作のシーケンスが終了する。

本実施例の特徴の一つは、ステップＳ４でワイピング動作前に加圧を停止して、ワイピング中には加圧が停止してノズルのインクに負圧が与えられない状態としたことである。そのため、ワイパ２１が通過した直後にノズルからインクが溢れ出ることはない。そのため、先に図１０を用いて説明した問題が解決される。また、本実施例では、ワイピングの最中にはノズルからインクが多量に溢れ出ることはないのでクリーニングに要するインクの消費量が少なくて済む。

また、本実施例の別の特徴は、図６（ｄ）で示したように、ワイピング動作前に一部のインク滴を重力により滴下させて、ゴミの一部をインクと共に落下させることである。ワイピングの前に一部のゴミを除去することができるので、より確実なクリーニングが可能となる。

図７はクリーニング動作中のノズルの時系列的な圧力変化を示す図である。図７（Ａ）のグラフはノズルの吐出口でのインクの圧力Ｐを示す。横軸は時間であり（ａ）〜（ｈ）は、図６（ａ）〜（ｈ）のそれぞれの状態に対応する。図７（Ｂ）は加圧ポンプ１６の加圧動作のＯＮ／ＯＦＦ、加圧ポンプ１６による供給チューブ１５の弁開閉、回収側の開閉弁１８の弁開閉のそれぞれのタイミングを示す。図７（Ａ）から分かるように、時間（ｅ）において加圧ポンプ１６の加圧をＯＦＦにしても、ノズルの圧力Ｐは正圧からゼロに即座に変化するのではなく、最初は急激にその後徐々に低下していく。圧力Ｐはワイピングの期間中にゼロには近く付くがゼロ以下になることはない。これは、供給側と回収側の弁を両方とも閉状態にしているからである。このとき、圧力Ｐは正圧であっても加圧ポンプ１６で加圧していないので、ワイパが通過した直後のノズルの吐出口にはインクの表面張力によって凸のメニスカスが形成されるだけで、吐出口からインクが溢れ出ることはない。

ワイピング終了後の時間（ｇ）において供給側と回収側の弁の少なくとも一方を開状態にすることで、初めて圧力Ｐはゼロを下回って、負圧によってノズルの吐出口には凹のメニスカスが形成される。メニスカスを形成する際には、図１０の従来例のように多量のインクを引き込むことはないので、インクと共にゴミが吐出口に引き込まれることはない。

（実施例２）
実施例２として、記録ヘッドのクリーニングをより少ない廃インク量で行なうことができる方法について説明する。図８は、実施例２のクリーニング動作時のシーケンスを説明するための図である。

図８（ａ）及び図８（ｂ）は、実施例１の図６（ａ）及び図６（ｂ）と同じである。本実施例ではノズルから押し出したインクが滴下する前に、加圧によってノズルからインクが僅かに溢れ出た図８（ｂ）の状態になったら加圧ポンプ１６の加圧を停止する。この時、開閉弁１８は閉じており、加圧ローラ２３は供給チューブ１５を閉塞するので、記録ヘッド１２には負圧が発生せずノズル面はインクが溢れ出た状態を維持する。

次いで図８（ｃ）のように、ワイパ２１を移動させてワイピング動作を行なう。ワイピングの際にノズル面に溢れ出たインクは、実施例１のものより少量であるため、ワイパホルダ２２を介してインク排出機構に排出される廃インク量はより少なくなる。次の、図８（ｄ）及び図８（ｅ）は図６（ｇ）及び図６（ｈ）と同じである。

図９はクリーニング動作中のノズルの時系列的な圧力変化を示す図である。加圧ポンプ１６で加圧する時間が短いので、全体の時間が図７の例に較べて短縮化されていることが分かる。

本実施例は実施例１の図６（ｃ）〜（ｅ）の工程を省略したものである。これにより、実施例１と比較して、廃インク量を抑えることができ且つクリーニング動作をより短時間に済ませることができる。

１２ 記録ヘッド
１３ インクタンク
１４ 供給口
１５ 供給チューブ
１６ 加圧ポンプ
１７ 回収チューブ
１８ 開閉弁
１９ 回収口
２０ 大気連通口
２１ ワイパ
２２ ワイパホルダ
２３ 加圧ローラ

Claims (7)

1. インクを吐出するノズルが形成されたノズル面を備えた記録ヘッドと、
   前記ノズルにインクを供給する供給路を含む供給系と、
   前記記録ヘッドのノズル面にワイパを当接させ、且つ前記ワイパと前記記録ヘッドとを前記ノズル面と平行な方向に相対的に移動させて、前記ノズル面のクリーニングを行なうワイピング機構と、
   前記ワイピング機構と前記供給系を制御するコントローラとを備え、前記コントローラはクリーニング動作時に、
   前記供給路においてインクを加圧して、前記ノズルからインクを溢れ出させる第１ステップ；
   前記第１ステップの後に、前記加圧を停止させる第２ステップ；
   前記第２ステップの後に、前記加圧が停止して前記ノズルのインクに負圧が与えられない状態で前記ワイピングを行なう第３ステップ；及び
   前記第３ステップの後に、前記ノズルのインクに負圧を与えてメニスカスを形成させる第４ステップ
   を実行するように前記ワイピング機構と前記供給系を制御することを特徴とする記録装置。
2. 前記供給系は、インクを貯留するインクタンクと、前記タンクから前記記録ヘッドにインクを供給する供給路と、前記記録ヘッドから前記タンクにインクを回収させる回収路と、前記供給路の途中に設けられ前記タンクから前記記録ヘッドの方向にインクを送るための加圧ポンプとを備えることを特徴とする、請求項１記載の記録装置。
3. 前記コントローラは、前記第１ステップから前記第３ステップまでは前記供給路と前記回収路を共に閉状態とし、前記第４ステップでは前記供給路と前記回収路の少なくとも一方を開状態となるように制御すると共に、
   前記第１ステップでは前記加圧ポンプで加圧し、前記第２ステップから前記第４ステップまでは前記加圧ポンプでの加圧を停止させるように制御することを特徴とする、請求項２記載の記録装置。
4. 前記加圧ポンプはチューブポンプであることを特徴とする、請求項２又は３に記載の記録装置。
5. 前記チューブポンプはローラを備え、前記ローラが前記供給路を構成するフレキシブルなチューブに当接して移動することでインクを押出す加圧ポンプとしての機能と、前記チューブに対して前記ローラの当接と離間が切り換わる開閉弁としての機能を有することを特徴とする、請求項４に記載の記録装置。
6. 前記記録ヘッドは、複数のノズルが配列されたノズル面を有するノズルチップと、前記ノズルに供給するインクを蓄積する液室と、前記供給路に接続された且つ前記液室の一端に接続された供給口と、前記回収路に接続され且つ前記液室の他端い接続された回収口とを備えることを特徴とする、請求項２から５のいずれか記載の記録装置。
7. 前記供給口及び前記回収口にはインクを濾過するフィルタが設けられていることを特徴とする、請求項６記載の記録装置。

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