JP2011161883A - 流体噴射装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】キャップ部材と記録ヘッドとの間に形成されるインク膜が割れてインクの飛沫が飛び散ったとしても、該飛沫がノズル開口部に付着せず、印刷不良が生じない流体噴射装置を提供する。
【解決手段】流体を噴射するノズルが設けられた流体噴射ヘッドと、流体噴射ヘッドのノズル形成面に当接する状態と、ノズル形成面と離間した状態とを取り得るように構成され、当接する状態においてノズルの開口部の周囲に密閉空間を形成するキャップ部材と、ノズル形成面とキャップ部材の内面とで囲まれた内部空間を加圧する加圧手段と、を有することを特徴とする。
【選択図】図2

Description

本発明は、流体噴射装置に関するものである。
流体噴射装置の一種であるインクジェット式プリンター(以下、「プリンター」と言う)は、キャリッジに搭載された記録ヘッド(流体噴射ヘッド)のノズル形成面に形成されたノズルから記録媒体にインク(流体)を噴射することで印刷を行っている。
ノズルの開口からインクの水分が蒸発しやすくなっているため、ノズル内のインクの粘度が上昇してノズルが目詰まりしやすい。このため、プリンターでは、定期的にノズル内のインクを強制的に排出するメンテナンス(クリーニング、フラッシング等)を行うことで、ノズルの目詰まりを解消するようにしている。
また、プリンターの休止時には、キャップにより記録ヘッドのノズル形成面をキャップにより封止することで、ノズルの開口からのインクの水分蒸発を抑制するようにしている(例えば、特許文献1参照)。
特開2001−146018号公報
しかし、キャップにて封止した状態からキャップを外して印刷を開始する際、以下のような課題が発生する場合がある。
図7は、従来構造のプリンターにおける課題発生の様子を示す模式図である。図7(a)に示すように、キャップ部材140を用いて記録ヘッド300に設けられた複数のノズル302の開口を封止した状態から、キャップ部材140を下降させて外す際、ノズル形成面301とキャップ部材140の端部との間には、インク溶媒の表面張力によってインクの膜(インク膜M)が形成されることがある。
これは、記録ヘッド300の定期クリーニングやフラッシング作業において、ノズル形成面310にインクが付着することがあり、キャップ部材140がノズル形成面301に密着することにより、ノズル形成面301とキャップ部材140との間にインクを挟みこむためである。また、流体噴射装置で用いるインクには、流路内での閉塞防止や流動性改善のために界面活性剤を加えていることがあり、界面活性剤の働きにより、インク膜Mを張りやすくなっている。
図7(b)に示すように、キャップ部材140が下降すると、ノズル形成面301、キャップ部材140、インク膜Mで囲まれた内部空間S1の体積が増加する。すると、内部空間S1が負圧となるため外部の気圧インクに膜Mが押され、インク膜Mは内部空間S1側に凹むように変形する。
図7(c)に示すように、キャップ部材140が更に下降すると、いずれインク膜Mが割れインクの飛沫Dが飛び散る。この際、インク膜Mは外部の気圧によって押されていたため、飛沫Dは内部空間S1側に飛び散ることとなる。この時、符号Xで示すように、飛沫Dがノズル302の開口部と重なるようにしてノズル形成面301に付着すると、飛沫Dが付着したノズル302ではドット抜けと呼ばれる印刷不良を起こしてしまう。印刷不良を防止するためには、キャップ部材140を外した後にノズル形成面301のクリーニングを行う必要があり、印刷開始指示から実際の印刷開始までの間が長く使用感が悪くなる。
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、キャップ部材と記録ヘッドとの間に形成されるインク膜が割れてインクの飛沫が飛び散ったとしても、該飛沫がノズル開口部に付着せず、印刷不良が生じない流体噴射装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明の流体噴射装置は、流体を噴射するノズルが設けられた流体噴射ヘッドと、前記ノズルを覆い前記流体を受け止めるキャッピング機構と、を備えた流体噴射装置であって、前記キャッピング機構は、前記流体噴射ヘッドのノズル形成面に当接する状態と、前記ノズル形成面と離間した状態とを取り得るように構成され、前記当接する状態において前記ノズルの開口部を密閉する空間を形成するキャップ部材と、前記ノズル形成面と前記キャップ部材の内面とで囲まれた内部空間を加圧する加圧手段と、を有することを特徴とする。
この構成によれば、ノズル形成面とキャップ部材の端部との間に流体の膜(インク膜)が形成された場合、加圧手段によって内部空間内が加圧されるため、インク膜は内部空間の外側に向かって膨らむ。この場合、インク膜が割れて生じる飛沫は、内部空間の外側に向かって飛び散ることとなる。すると、飛沫がノズルの開口部を覆って付着することがないため、印刷不良が生じない流体噴射装置とすることができる。
本発明においては、加圧手段として種々の形態を採用することができる。第1に、前記加圧手段は、前記内部空間に気体を供給する気体供給手段である形態を採用することができる。
この構成によれば、内部空間に気体を供給し、内部空間に含まれる気体量を増やすことで、目的とする内部空間の加圧を行うことができる。
本発明においては、前記キャップ部材は、前記キャップ部材の内面に吐出された前記流体を排出する排出配管を有し、前記排出配管には上流側から順に、一端が大気中に開口した第1配管と、一端が前記キャップ部材に接続される第2配管と、が接続され、前記第1配管と、前記第2配管と、前記第1配管および前記第2配管が接続された接続箇所に挟まれた前記排出配管の一部とが、大気から前記内部空間に前記気体を供給する供給配管を構成し、前記排出配管と前記第1配管との接続箇所、および前記排出配管と前記第2配管との接続箇所にはそれぞれ、前記排出配管または前記供給配管を択一的に選択可能な切替手段が設けられ、2つの前記切替手段に挟まれた前記排出配管の一部には、前記流体または前記気体を下流側へ流動させるポンプが設けられていることが望ましい。
この構成によれば、一つのポンプで流体の排出を行う装置と気体の供給を行う装置とを兼ねることができるため、装置構成が簡略化される。
また第2に、本発明において前記加圧手段は、前記キャップ部材を加熱する加熱手段である形態を採用することもできる。
この構成によれば、キャップ部材を加熱することにより、内部空間に一定量含まれる気体を加熱し膨張させることで、目的とする内部空間の加圧を行うことができる。
さらに第3に、本発明において前記加圧手段は、前記キャップ部材の容積を減少させる容積変化手段である形態を採用することもできる。
この構成によれば、内部空間に一定量含まれる気体に対し、内部空間の容積自体を減少させることで、目的とする内部空間の加圧を行うことができる。
本発明においては、前記キャッピング機構を制御する制御部を有し、前記制御部は、前記キャップ部材が前記ノズル形成面から離れる動作に応じて、前記加圧手段に前記内部空間を加圧させることが望ましい。
この構成によれば、インク膜が形成されると直ぐに内部空間を加圧するため、インク膜が内部空間側に凹み、インクの飛沫が内部空間側に飛ぶおそれがなくなる。そのため、良好に印刷不良を防ぐことができる。
本発明においては、前記制御部は、前記キャップ部材が前記ノズル形成面から離れる動作に先だって、前記加圧手段に前記内部空間を加圧させることが望ましい。
この構成によれば、キャップ部材がノズル形成面から離れるときには既に内部空間が加圧された状態となっているため、キャップ部材の動きに遅れることなく確実に内部空間を加圧することができ、確実に印刷不良を抑制することができる。
本発明の実施形態に係るプリンターの概略構成を示す一部分解図である。 第1実施形態に係るプリンターが有するキャッピング機構の説明図である。 第1実施形態のキャッピング機構の動作について説明する説明図である。 変形例のキャッピング機構の説明図である。 第2実施形態に係るプリンターが有するキャッピング機構の説明図である。 第3実施形態に係るプリンターが有するキャッピング機構の説明図である。 従来構造のプリンターにおける課題発生の様子を示す模式図である。
[第1実施形態]
以下、図1〜図4を参照しながら、本発明の第1実施形態に係る流体噴射装置について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
図1は、本発明の第1実施形態に係るプリンター(流体噴射装置)1の概略構成を示す一部分解図である。プリンター1は、サブタンク2及び記録ヘッド3を搭載したキャリッジ4と、プリンター本体5とを有して概略構成される。プリンター本体5には、キャリッジ4を往復移動させるキャリッジ移動機構13と、不図示の記録紙を搬送する紙送り機構と、記録ヘッド(流体噴射ヘッド)3に対するクリーニング処理等に用いられるキャッピング機構14Aと、供給チューブ34を介して記録ヘッド3に供給するインクを貯留したインクカートリッジ6とが設けられている。
また、キャッピング機構14Aは、記録ヘッド3から吐出されるインク滴を検出可能なインク滴センサー7を備えている。このインク滴センサー7は、記録ヘッド3のノズルから吐出されるインク滴を帯電させ、この帯電したインク滴が飛翔する際の静電誘導に基づく電圧変化を検出信号として出力することで、ノズルのインク噴射出状態を把握可能とするように構成されたものである。
上記キャリッジ移動機構13は、プリンター本体5の幅方向に架設されたガイド軸8と、パルスモーター9と、パルスモーター9の回転軸に接続されてこのパルスモーター9によって回転駆動される駆動プーリー10と、駆動プーリー10とはプリンター本体5の幅方向の反対側に設けられた遊転プーリー11と、駆動プーリー10と遊転プーリー11との間に掛け渡されてキャリッジ4に接続されたタイミングベルト12と、から構成されている。
そして、パルスモーター9を駆動することで、キャリッジ4がガイド軸8に沿って主走査方向に往復移動するように構成されている。また、上記紙送り機構は、紙送りモーターやこの紙送りモーターによって回転駆動される紙送りローラー(いずれ不図示)等から構成され、記録紙を記録(印字・印刷)動作に連動させてプラテン15上に順次送り出すことになっている。
図2は、本実施形態のキャッピング機構14Aを示す説明図であり、図2(a)は全体構成を示す概略図、図2(b)(c)は、キャッピング機構14Aが備える配管が選択可能な2つの経路を説明する説明図である。
図2(a)に示すように、キャッピング機構14Aは、ノズル32の開口部を覆うキャップ(キャップ部材)16、キャップ16を上下方向に移動させる昇降装置17、キャップ16の底面に接続された配管18、配管18の経路内に接続されたポンプ(気体供給手段、加圧手段)19、ノズル32からキャップ16内に吐出された廃インクを貯留する廃液タンク20と、を有している。
キャップ16は、キャップホルダー16aとキャップ部材16bとを備えている。キャップホルダー16aは、上側が開口した箱状に形成されており、開口側が記録ヘッド3のノズル形成面31を向くように配設されている。キャップ部材16bは、エラストマー等の可撓性材質からなり、キャップホルダー16aの内壁面によって支持されている。このキャップ部材16bは、その上端縁がキャップホルダー16aの上端縁よりも上方に突出している。
キャップ16は、昇降装置17が有する駆動モーターの駆動により上下方向に移動可能に取り付けられ、図中破線で示すように、キャップ部材16bがノズル形成面31に当接してノズル32の開口を封止するキャッピング位置と、図中実線で示すように、キャップ部材16bが記録ヘッド3から離間した退避位置との間を往復移動可能となっている。
キャップ部材16bの底面には、スポンジ材等からなる、シート状のインク吸収材163が収容されている。このインク吸収材163は、記録ヘッド3から吐出されるインクを受け止めて吸収する。そして、キャップ16がノズル形成面31を封止した際に、ノズル形成面31とキャップ16とにより形成された空間(以下、内部空間S1とする。)に、吸収したインクの溶媒を揮発させ、ノズル32の開口部の乾燥を防止する。
また、キャップ16の底面には、インク排出口161および空気供給口162が貫通形成され、該インク排出口161および空気供給口162には、配管18が連通されて配設されている。
配管18は、経路内に三方バルブ(切替手段)182、184が配設されており、これらの三方バルブの切り替えによって、図2(b)に示す流路Aと、図2(c)に示す流路Bとを択一的に切り替え可能となっている。
図2(b)に示す流路Aは、キャップ16内に排出された廃インクを廃液タンク20へ流すために用いる流路である。この流路Aは、インク排出口161と三方バルブ182とを接続する配管181、三方バルブ182と三方バルブ184とを接続する配管183、三方バルブ184と廃液タンク20とを接続する配管185と、により構成されている。配管181,183,185は、本発明における排出配管を構成している。
一方、図2(c)に示す流路Bは、一端が大気開放された大気接続配管(第1配管)186から空気を取り込み、取り込んだ空気をキャップ16内に送り込むために用いる流路である。この流路Bは、三方バルブ182に接続された大気接続配管186、配管183、三方バルブ184と空気供給口162とを接続する配管(第2配管)187と、により構成されている。大気接続配管186,配管183,配管187は、本発明における供給配管を構成している。
大気接続配管186には、外部から三方バルブ182側に向かう順方向にのみ空気の供給を可能とし、逆に三方バルブ182側から外部へ空気が流れようとすると自動的に閉弁する逆止弁が設けられていることとしても良い。
配管183には、経路中にポンプ19が接続されている。ポンプ19としては、通常知られたチューブポンプを用いることができる。このポンプ19は、ノズル32内のインク等を吸引するヘッドクリーニングと、キャップ16内への空気の供給を行うためのものである。
ヘッドクリーニングは、プリンターが長期間印刷を休止した後、印刷を再開するとき等に行われる。また、キャップ16内への空気の供給は、ヘッドクリーニング後に印刷を行う際に、キャップ16を記録ヘッド3から(ノズル形成面31から)外すときに行われる。これらの動作は、キャッピング機構14Aを制御する制御部40からの指示に基づいて行われる。
図3は、上述のキャッピング機構14Aを有するプリンター1の動作について説明する説明図である。
図3(a)に示すように、ノズル32の開口部を封止するキャップ16が、制御部40からの指示を受けた昇降装置17の動作によって下降を始めると、制御部40は三方バルブ182,184に指示を出して配管18の流路を流路Bに切り替える。さらに制御部40は、ポンプ19を始動させて大気接続配管186から空気を吸い込み、キャップ16内に供給する。
すると、供給される空気によって内部空間S1内が加圧されるため、キャップ16とノズル形成面31との間に形成されるインク膜Mは内部空間S1の外側に向かって膨らむ。ここで、印刷を行う際には、ノズル32の内部にインクのメニスカスが形成されているが、該メニスカスを壊さない程度の加圧が行われる。
空気の供給を続けると、図3(b)に示すように、インク膜Mは内部空間S1の内圧に耐えきれなくなり割れる。その際、内部空間S1が加圧されているため、インク膜Mが割れて生じる飛沫Dは、内部空間S1の外側に向かって飛び散ることとなる。そのため、飛沫Dがノズル32の開口部を覆って付着することがない。
本実施形態のプリンター1は、以上のような構成となっている。
以上のような構成のプリンター1によれば、飛沫がノズル32の開口部を覆って付着することがないため、印刷不良を防ぎ高品質な印刷を行うことができる。
なお、本実施形態においては、配管18が三方バルブ182,184の切り替えによって流路A,Bを選択することが可能であり、流路A,Bが互いに一部を共有する構成であることとしたが、これに限らない。
例えば、図4に変形例として示すキャッピング機構14Bのように、キャップ16内に吐出されたインクを排出するための配管18A(流路A)と、キャップ16内に空気を送り込むための配管18B(流路B)とが、それぞれ独立して設けられ、各配管にそれぞれポンプ19A,19Bが設けられている構成とすることもできる。
また、本実施形態において、制御部40はキャップ16が下降を始めてから内部空間S1を加圧することとしたが、これに限らず、キャップ16の下降前から内部空間S1の加圧を始めていても良い。このようにすると、キャップ16がノズル形成面31から離れるときには既に内部空間S1が加圧された状態となっているため、キャップ16の動きに遅れることなく確実に内部空間S1を加圧することができ、確実に印刷不良を抑制することができる。
[第2実施形態]
図5は、本発明の第2実施形態に係るプリンターが有するキャッピング機構14Cの説明図である。本実施形態のプリンターが有するキャッピング機構14Cは、第1実施形態のプリンターが有するキャッピング機構14Aと一部共通している。異なるのは、キャッピング機構14Aでは、キャップ16内に空気を送り込むことで内部空間S1を加圧していたところ、キャッピング機構14Cでは、内部空間S1内の気体を加熱することで気体を膨張させて、内部空間S1を加圧する点である。したがって、本実施形態において第1実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
図5に示すように、キャッピング機構14Cは、キャップ16の底面に設けられたインク排出口161に、不図示の廃液タンクに廃インクを流す配管18Cが接続されており、配管18Cにはポンプ19Cが設けられている。また、キャップホルダー16aには、加熱装置(加熱手段、加圧手段)50が設けられている。
加熱装置50は、不図示の制御部によって駆動が制御されており、ノズル32を封止するキャップ16が下降を始める際に、キャップ16の加熱を行い、間接的にキャップ16とノズル形成面31で囲まれた内部空間S1の気体(空気とインク溶媒との混合気体)を加熱する構成となっている。
内部空間S1の気体は、加熱されることで膨張し、内部空間S1内を加圧する。そのため、キャップ16とノズル形成面31との間に形成されるインク膜Mは内部空間S1の外側に向かって膨らみ、インク膜Mが割れる際に生じる飛沫がノズル32の開口部を覆う不具合を抑制することができる。
以上のような構成のキャッピング機構14Cを有するプリンターであっても、印刷不良を防ぎ高品質な印刷を行うことができる。
[第3実施形態]
図6は、本発明の第3実施形態に係るプリンターが有するキャッピング機構14Dの説明図である。本実施形態のプリンターが有するキャッピング機構14Dは、第1実施形態のプリンターが有するキャッピング機構14Aと一部共通している。キャッピング機構14Dでは、キャップが容積を変更可能に設けられていることで、内部空間S1の体積を変化させ内部空間S1を加圧する構成となっている。
図6に示すように、キャッピング機構14Dが有するキャップ26は、側面を構成する筒状のキャップ側部261に、底面を構成するキャップ底部(容積変化手段、加圧手段)262が嵌合して構成されている。キャップ底部262は、不図示の駆動機構によって、キャップ側部261の内部を上下移動可能となっている。
キャップ側部261およびキャップ底部262は、それぞれキャップホルダー261aとキャップ部材261b、およびキャップホルダー262aとキャップ部材262bとで構成されている。また、キャップホルダー261a,262aがキャップホルダー26aを、キャップ部材261b,262bがキャップ部材26bを構成している。
また、キャップ底部262に設けられたインク排出口263に、不図示の廃液タンクに廃インクを流す配管18Dが接続されており、配管18Dにはポンプ19Dが設けられている。
このような構成のキャッピング機構14Dでは、図6(a)のようにキャップ26がノズル形成面31に密着した状態を基準状態とし、基準状態での空間(内部空間)S0の体積を、制御部が基準データとして所持している。そして、図6(b)のようにキャップ26が下降する際には、制御部がキャップ底部262を上昇させることで、内部空間S1の体積を基準状態での内部空間S0の体積よりも小さくすることで内部空間S1内を加圧する。
このようにすることで、インク膜Mを内部空間S1の外側に向かって膨らませ、インク膜Mが割れる際に生じる飛沫がノズル32の開口部を覆う不具合を抑制することができる。
以上のような構成のキャッピング機構14Dを有するプリンターであっても、印刷不良を防ぎ高品質な印刷を行うことができる。
なお、本実施形態では、キャップ底部262が移動することによりキャップ26の容積を小さく変化させ、内部空間S1の体積を変化させる構成としたが、これに限らず、キャップの容積を変化させることができる構成であれば採用することができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
1…プリンター(流体噴射装置)、3…記録ヘッド(流体噴射ヘッド)、16…キャップ(キャップ部材)、19…ポンプ(気体供給手段、排出手段、加圧手段)、31…ノズル形成面、32…ノズル、40…制御部、50…加熱装置(加熱手段、加圧手段)、182,184…三方バルブ(切替手段)、186…大気接続配管(第1配管)、187…配管(第2配管)、262…キャップ底部(容積変化手段、加圧手段)、S1…内部空間、

Claims (7)

  1. 流体を噴射するノズルが設けられた流体噴射ヘッドと、前記ノズルを覆い前記流体を受け止めるキャッピング機構と、を備えた流体噴射装置であって、
    前記キャッピング機構は、前記流体噴射ヘッドのノズル形成面に当接する状態と、前記ノズル形成面と離間した状態とを取り得るように構成され、前記当接する状態において前記ノズルの開口部を密閉する空間を形成するキャップ部材と、
    前記ノズル形成面と前記キャップ部材の内面とで囲まれた内部空間を加圧する加圧手段と、を有することを特徴とする流体噴射装置。
  2. 前記加圧手段は、前記内部空間に気体を供給する気体供給手段であることを特徴とする請求項1に記載の流体噴射装置。
  3. 前記キャップ部材は、前記キャップ部材の内面に吐出された前記流体を排出する排出配管を有し、
    前記排出配管には上流側から順に、一端が大気中に開口した第1配管と、一端が前記キャップ部材に接続される第2配管と、が接続され、
    前記第1配管と、前記第2配管と、前記第1配管および前記第2配管が接続された接続箇所に挟まれた前記排出配管の一部とが、大気から前記内部空間に前記気体を供給する供給配管を構成し、
    前記排出配管と前記第1配管との接続箇所、および前記排出配管と前記第2配管との接続箇所にはそれぞれ、前記排出配管または前記供給配管を択一的に選択可能な切替手段が設けられ、
    2つの前記切替手段に挟まれた前記排出配管の一部には、前記流体または前記気体を下流側へ流動させるポンプが設けられていることを特徴とする請求項2に記載の流体噴射装置。
  4. 前記加圧手段は、前記キャップ部材を加熱する加熱手段であることを特徴とする請求項1に記載の流体噴射装置。
  5. 前記加圧手段は、前記キャップ部材の容積を減少させる容積変化手段であることを特徴とする請求項1に記載の流体噴射装置。
  6. 前記キャッピング機構を制御する制御部を有し、
    前記制御部は、前記キャップ部材が前記ノズル形成面から離れる動作に応じて、前記加圧手段に前記内部空間を加圧させることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の流体噴射装置。
  7. 前記制御部は、前記キャップ部材が前記ノズル形成面から離れる動作に先だって、前記加圧手段に前記内部空間を加圧させることを特徴とする請求項6に記載の流体噴射装置。
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