JP2012236306A - 液体吐出装置及び液体吐出装置の気泡除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体吐出部に混入した気泡を壁面より剥がしやすくして液滴と共に排出しやすくすることで液滴の吐出不良を改善した液体吐出装置を提供する。
【解決手段】圧力室５ａを形成する隔壁は、ノズル孔５ｉが形成されたインク吐出壁５ｊ及びノズル孔５ｉに連通するようにインク吐出壁５ｊと対向配置され、圧力発生手段によって可動する一対の可動壁５ｂを備えている。
【選択図】図５

Description

本発明は、例えばインクジェット記録装置などの液体吐出装置及び液体吐出装置の気泡除去方法に関する。

インクジェット記録装置は、インクカートリッジから吐出ヘッドのノズル開口に至るまでのインク流路にインクが充填される。インクは例えば吐出ヘッドのインク吐出面を覆うキャップに覆われた状態で吸引動作を行いながら負圧を発生させて充填するか、或いはインクカートリッジ側のインク流路に設けられたポンプにより正圧を発生させて吐出ヘッドのノズル内に充填することが行われている。

上記吐出ヘッドにインク充填動作を行う際や、記録動作においてジャムが発生して吐出ヘッドが急停止した場合など様々な要因でインク流路内に気泡が混入する場合がある。
この気泡が吐出ヘッドのインクが充填される圧力室に侵入すると、ノズルからインクが吐出されないノズル抜け（吐出不良）が発生する。

上記吐出ヘッド内に侵入した気泡を除去する方法としては、インク充填時に用いたインク吐出面からの第１吸引動作に続いて、インク滴を空吐出させるフラッシング動作を行って更にインク吐出面からの第２吸引動作を行ってインクを吸引排出させる動作を繰り返すことで気泡を排出させる方法が提案されている。気泡が抜けない場合には、フラッシング動作と第２吸引動作を繰り返す必要があることも言及されている。（特許文献１参照）。

特開２００１−１０５６２９号公報

しかしながら、上述した吐出ヘッドのインク吐出面からの吸引動作と、フラッシング動作を交互に行ったとしても、ノズル内の気泡が除去できない場合が多い。特に沈降性のインクを用いた場合には、固形分が沈殿しやすく気泡が抜けにくくなる。例えば、図６に示す圧力室５１のノズル孔５２に連通する細かく仕切られた隔壁（圧電素子）５３面に付着した気泡５４は、吸引動作だけではがれ難いし、フラッシング動作は、主にノズル孔５２の増粘インクを排除するために行われており、圧力室５１に混入した気泡５４を除去するための有効な手段が見つかっていないのが実情である。

本発明の目的は、上記課題を解決し、圧力室に充填された液体に混入した気泡を壁面より剥がしやすくして液滴と共に排出しやすくすることで液滴の吐出不良を改善した液体吐出装置及び簡易な方法で液体吐出ヘッドから気泡が除去できる液体吐出装置の気泡除去方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る液体吐出装置は、以下の構成を備える。即ち、液体を吐出する液体吐出部と、前記液体吐出部に液体を供給する液体供給部を備えた液体吐出装置であって、前記液体吐出部は、前記液体が充填される圧力室と、前記圧力室を仕切る隔壁を可動させて当該圧力室の容積変化によって吐出圧を発生させる圧力発生手段と、前記圧力室内の液体を前記液体供給部側より加圧する加圧手段又は前記圧力室内の液体を前記液体吐出部側より吸引する吸引手段と、を備え、前記圧力室を形成する隔壁は、ノズル孔が形成された液体吐出壁及び前記ノズル孔の両側に連なるように前記液体吐出壁と対向配置され、前記圧力発生手段によって可動する一対の可動壁を備えていることを特徴とする。
上記構成によれば、圧力室内に設けられた一対の可動壁はノズル孔の両側に連なるように液体吐出壁と対向配置されており、該一対の可動壁を圧力発生手段により可動させることにより、圧力室内の容積変化によって発生する吐出圧により隔壁に付着した気泡を剥がすことができ、圧力室内に満たされた液体に液体供給部側から加圧するか圧力室内の液体を液体吐出部側より吸引することで、ノズル孔から液滴とともに気泡を排出することができる。

また、本発明においては、前記一対の可動壁はシェアモード型圧電素子であり、各圧電素子に通電するとせん断変形して前記可動壁間の液体に吐出圧が発生するのが望ましい。
これによれば、一対の可動壁にシェアモード型圧電素子を用いることで、一対の可動壁全体を振動させてノズル孔の両側に連なる可動壁間の容積変化を起こさせることで気泡をはがれやすくすることができる。

更に本発明においては、前記シェアモード型圧電素子は、圧電素子が直列に連結されており、通電により対向する連結部どうしが互いに接近する方向にせん断変形して前記一対の圧電素子間の液体に吐出圧を発生させるのが好ましい。
これによれば、可動壁に付着した気泡を剥がしてノズル孔の両側に連なる一対の圧電素子の中央部に集めることができ、また液体供給部側からの加圧動作若しくは液体吐出部側の吸引動作と相まって液滴と共に気泡を吐出することができる。よって、圧力室内の気泡を容易に除去することができる。

液体吐出部に備えた圧力室を形成する隔壁にノズル孔が形成された液体吐出壁及び前記ノズル孔の両側に連なるように前記液体吐出壁に対して垂直に対向配置され、圧力発生手段によって可動する一対の可動壁を備え、前記圧力室内に液体と共に混入した気泡を除去する液体吐出装置の気泡除去方法であって、前記圧力室に満たされた液体に液体供給部側から加圧しながら前記一対の可動壁により仕切られた前記圧力室内に液体を充填する若しくは前記液体供給部側から供給された液体を前記液体吐出部側より吸引しながら前記一対の可動壁により仕切られた前記圧力室内に液体を充填する工程と、前記圧力発生手段により前記一対の可動壁を可動させて前記圧力室内の容積変化を発生させて前記隔壁面に付着した気泡を剥離させて前記ノズル孔より液滴と共に吐出させる工程とを並行することを特徴とする。
これにより、圧力室に満たされた液体に液体供給部側から供給された液体を加圧しながら一対の可動壁により仕切られた圧力室内に液体を充填するか液体供給部側から加圧しながら一対の可動壁により仕切られた圧力室内に液体を充填しつつ、圧力発生手段により一対の可動壁を可動させることで圧力室内の容積変化を発生させて隔壁面に付着した気泡を剥離させてノズル孔より液滴と共に吐出させるので、気泡の剥離動作と液滴の吐出動作を並行することで気泡を容易に除去することができる。

また、前記一対の可動壁はシェアモード型圧電素子であり、各圧電素子に通電するとせん断変形して前記一対の可動壁間の液体に吐出圧を発生させることが好ましい。
これにより、一対の可動壁である圧電素子に通電するとせん断変形して可動壁間の液体に吐出圧を発生させることで圧力室の隔壁に付着した気泡がはがれやすくなるため液滴の吐出動作とともに気泡を排出しやすくなる。

本発明によれば、圧力室に充填された液体に混入した気泡を壁面より剥がしやすくして液滴と共に排出しやすくすることで液滴の吐出不良を改善した液体吐出装置を提供することができ、簡易な方法で液体吐出ヘッドから気泡が除去できる液体吐出装置の気泡除去方法を提供することができる。

インクジェット記録装置の外観斜視図である。 吐出ヘッドの分解図及び組立図である。 吐出ヘッドの上端面及び下端面の部分拡大図である。 シェアモード型圧電素子の動作模式図である。 吐出ヘッドの気泡除去動作の概念図である。 従来の課題を示す吐出ヘッドの模式図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る液体吐出装置の実施形態について詳細に説明する。尚、以下の説明においては、液体吐出装置の一例としてインクジェット記録装置を例示して説明する。また、主走査方向は、キャリッジが往復動する方向（記録ユニットの移動方向）、副走査方向は主走査方向と直交するステージ部（吸着プレート）の長手方向を指し示すものとする。

図１は、インクジェット記録装置の外観を示す斜視図である。同図に示すように、インクジェット記録装置１は、例えばフラットベッド型インクジェットプリンタが用いられる。記録ユニット２には、主走査方向に往復動するキャリッジ３が設けられている。このキャリッジ３には、対向するステージ部４（ベッド）に吸着支持された印刷対象である媒体に紫外線硬化型のインク液滴（以下、「紫外線硬化インク」という）を吐出する吐出ヘッド５（液体吐出部）が搭載されている。記録ユニット２は、キャリッジが往復動する主走査方向（Ｙ軸方向）と直交する主走査方向（Ｘ軸方向）に往復移動可能に設けられている。尚、媒体には、普通紙などの紙類のほかに、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル），ＰＬＡ（ポリ乳酸），ＰＰ（ポリプロピレン），ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート），ＰＣ（ポリカーボネート），ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）などの樹脂シート、織布、不織布などの布シート、アルミやステンレスなどの金属シート、或いは複合材料からなる合成シートなどの各種材料が含まれるものとする。

記録ユニット２には、キャリッジ３に搭載された吐出ヘッド５から吐出直後の紫外線硬化インクに紫外線を照射して一次硬化させる紫外線硬化ランプ６がキャリッジ３の走査方向両側又は走査方向の片側に各々設けられている。紫外線硬化ランプユニットはＬＥＤ素子を光源として搭載されており、インクジェットヘッドに設けられた各色ヘッドの記録範囲に対応して設けられている。また、記録ユニット２のユニットカバー７にも二次硬化用の紫外線硬化ランプ８が設けられていても良い。

ここで、図２乃至図５を参照して吐出ヘッド５の構成について説明する。吐出ヘッド５には、インク液を吐出する液体吐出部を形成する圧力室５ａが設けられている。この圧力室５ａには図示しない液体供給部（インクタンクなど）からインク液が供給されて充填される。圧力室５ａは、例えば図２に示すように３つの隔壁を組み付けることで形成される。一対の可動壁５ｂとして圧電素子（ＰＺＴ；圧力発生手段）が所定間隔で複数列形成された基板５ｃ（ＰＺＴ基板；隔壁）に、筒状の枠体５ｅ（隔壁）を貼り合わせ、開口部にセラミック板５ｆ（隔壁）を貼り合せて筐体状の圧力室５ａが形成される。上記基板５ｃには、各圧電素子に通電するためのフレキシブルプリントケーブル５ｄが接続されている。上記一対の可動壁５ｂはシェアモード型圧電素子であり、後述するように直列に接続された各圧電素子５ｋ，５ｍ（図４参照）に通電するとせん断変形して可動壁５ｂ間のインク液に吐出圧が発生する。

また、圧力室５ａを形成する枠体５ｅのインク吐出壁５ｊ側にはインク滴を吐出するノズル孔５ｉが形成されている。具体的には、図２に示すように、ノズル孔５ｉは、枠体５ｅと一対の可動壁５ｂが複数列設けられた基板５ｃとの接合部に形成されている。一対の可動壁５ｂ間にはインク孔５ｉに連通するノズル溝５ｇが形成されている（図３（ａ）参照）。ノズル溝５ｇは、ノズル孔５ｉの両側に連なるようにインク吐出壁５ｊと垂直（可動壁５ｂが停止状態で垂直）に基板５ｃ上に対向配置された一対の可動壁５ｂによって各々形成されている。
本実施例では、ノズル溝５ｇの長さは１．５ｍｍ，溝幅６０μｍ、可動壁５ｂとノズル溝５ｇを合わせたピッチは１８０μｍに形成されている。また、セラミック板５ｆには図示しないインクチューブからインクが供給されるインク供給口５ｈが設けられている。インクチューブには、インク液を図示しないインクタンク（液体供給部）より圧送りするポンプＰ（加圧手段）に接続されている。

図２に示すように、圧力室５ａのインク吐出壁５ｊと反対側にはフレキシブルプリントケーブル５ｄが可動壁５ｂに接続する配線と接続される。また圧力室５ａのインク吐出壁５ｊ側には、前述したノズル孔５ｉがスタガ配置されている。通電により一対の可動壁５ｂを振動させてノズル溝５ｇ間の圧力室５ａの容積変化によりノズル孔５ｉからインク滴を吐出する。

図４に示すようにシェアモード型圧電素子は、圧電素子５ｋと圧電素子５ｍが例えば鉛直方向に直列に連結されており、通電により対向する連結部５ｎどうしが互いに接近する方向にせん断変形してノズル溝５ｇ内に吐出圧を発生させるようになっている。図４の矢印はせん断応力の発生する向きを示す。尚、圧電素子５ｋ，５ｍは非通電状態（可動壁５ｂが停止した状態）で圧力室５ａの向きにかかわらずインク吐出壁５ｊに対して垂直に設けられており、必ずしも鉛直方向（重力方向）に設けられていなくてもよい。

これによれば、図５に示すように圧力室５ａ内のインク液１０に気泡９が混入したとしても、可動壁５ｂに付着した気泡９を剥がしてノズル溝５ｇの中央部に集めることができ、また液体供給部側のポンプＰからの加圧動作若しくはインク吐出壁５ｊを図示しないキャップで覆ってノズル孔５ｉから吸引する吸引動作と相まってインク滴１０ａと共に気泡９を吐出することができる。よって、圧力室５ａ内の気泡９を容易に除去することができる。

尚、圧力室５ａ内に満たされたインク液１０に液体供給部側から加圧するポンプＰ若しくは圧力室５ａ内のインク液１０をインク吐出壁５ｊ側より吸引するキャップのいずれを用いるかは、装置構成に応じて任意である。

上記構成によれば、インク吐出壁５ｊに向かって鉛直方向に仕切る一対の可動壁５ｂに対して通電して振動させることにより、可動壁５ｂに付着した気泡９をノズル溝５ｇの中央よりに剥がすことができ、圧力室５ｇ内に満たされたインク液１０にポンプＰで加圧することにより、ノズル孔５ｉからインク滴１０ａとともに気泡９を排出することができる。

また、可動壁５ｂはシェアモード型圧電素子であり、各圧電素子に通電するとせん断変形してノズル溝５ｇに吐出圧が発生するので、気泡９をはがれやすくすることができる。

以上説明したように、インクタンクなどのインク供給部側からポンプＰによって加圧しながら可動壁５ｂにより仕切られたノズル溝５ｇ内にインク液を充填しつつ、可動壁５ｂに通電することにより対応するノズル溝５ｇの容積変化を発生させて隔壁に付着した気泡９を剥離させてノズル孔５ｉよりインク滴１０ａと共に吐出させるので、気泡９の剥離動作とインク滴の吐出動作を並行することで気泡９を容易に除去することができる。

実験によれば、圧力室５ｇ内に充填された溶剤系のインク液の温度４０℃〜５５℃好ましくは４８℃で、ポンプにより正圧１０ｋＰａ〜２０ｋＰａより好ましくは１５ｋＰａを加えながら、可動壁５ｂに印刷時と同じ駆動波形で通電することでノズル溝５ｇを容積変化させてインク滴を吐出させた。ノズル孔５ｉの孔径が１５μｍ、インク滴の吐出間隔は、５．０ｋＨｚ〜８．０ｋＨｚより好ましくは６．７ｋＨｚで印刷時より間隔を大きく１５０μｓｅｃごとに吐出させた。また各ノズルからの１回の吐出量は６ｐｌで最小吐出量に設定した。この結果、吐出ヘッド５の印刷画像にノズル抜けの現象は解消された。

上述したように、圧力室５ａ内に設けられた一対の可動壁５ｂはノズル孔５ｉの両側に連なるようにインク吐出壁５ｊと対向配置されており、該一対の可動壁５ｂに圧電素子を用いて可動させることにより、圧力室５ａ内の容積変化によって吐出圧を発生させて隔壁に付着した気泡９を剥がすことができ、圧力室５ａ内に満たされたインク液１０にインク供給部側から加圧するか圧力室５ａ内のインク液１０をインク吐出部側より吸引することで、ノズル孔５ｉからインク滴１０ａとともに気泡９を排出することができる。

また、一対の可動壁５ｂにシェアモード型圧電素子を用いることで、一対の可動壁５ｂ全体を振動させてノズル孔５ｉの両側に連なる可動壁５ｂ間の容積変化を起こさせることで気泡９をはがれやすくすることができる。
また、可動壁５ｂに付着した気泡９を剥がしてノズル孔５ｉの両側に連なる一対の圧電素子の中央部に集めることができ、またインク供給部側からの加圧動作若しくはインク吐出部側の吸引動作と相まってインク滴１０ａと共に気泡９を吐出することができる。よって、圧力室５ａ内の気泡９を容易に除去することができる。

１ インクジェット記録装置 ２ 記録ユニット ３ キャリッジ ４ ステージ部 ５ 吐出ヘッド ５ａ 圧力室 ５ｂ 可動壁 ５ｃ 基板 ５ｄ フレキシブルプリントケーブル ５ｅ 枠体 ５ｆ セラミック板 ５ｇ ノズル溝 ５ｈ インク供給口 ５ｉ ノズル孔 ５ｊ インク吐出壁 ５ｋ，５ｍ 圧電素子 ５ｎ 連結部 ６，８ 紫外線硬化ランプ ７ ユニットカバー ９ 気泡 １０ インク液 １０ａ インク滴

上記課題を解決するために、本発明に係る液体吐出装置は、以下の構成を備える。即ち、液体を吐出する液体吐出部と、前記液体吐出部に液体を供給する液体供給部を備えた液体吐出装置であって、前記液体吐出部は、前記液体が充填される圧力室と、前記圧力室を仕切る隔壁を可動させて当該圧力室の容積変化によって吐出圧を発生させる圧力発生手段と、前記圧力室内の液体を前記液体供給部側より加圧する加圧手段又は前記圧力室内の液体を前記液体吐出部側より吸引する吸引手段と、を備え、前記圧力室を形成する隔壁は、ノズル孔が形成された液体吐出壁の当該ノズル孔の両側に連なるように配置され、前記圧力発生手段によって可動する一対の可動壁を備えていることを特徴とする。
上記構成によれば、圧力室内に設けられた一対の可動壁はノズル孔の両側に連なるように配置されており、該一対の可動壁を圧力発生手段により可動させることにより、圧力室内の容積変化によって発生する吐出圧により隔壁に付着した気泡を剥がすことができ、圧力室内に満たされた液体に液体供給部側から加圧するか圧力室内の液体を液体吐出部側より吸引することで、ノズル孔から液滴とともに気泡を排出することができる。

液体吐出部に備えた圧力室を形成する隔壁にノズル孔が形成された液体吐出壁の当該ノズル孔の両側に連なるように配置され、圧力発生手段によって可動する一対の可動壁を備え、前記圧力室内に液体と共に混入した気泡を除去する液体吐出装置の気泡除去方法であって、前記圧力室に満たされた液体に液体供給部側から加圧しながら前記一対の可動壁により仕切られた前記圧力室内に液体を充填する若しくは前記液体供給部側から供給された液体を前記液体吐出部側より吸引しながら前記一対の可動壁により仕切られた前記圧力室内に液体を充填する工程と、前記圧力発生手段により前記一対の可動壁を可動させて前記圧力室内の容積変化を発生させて前記隔壁面に付着した気泡を剥離させて前記ノズル孔より液滴と共に吐出させる工程とを並行することを特徴とする。
これにより、圧力室に満たされた液体に液体供給部側から供給された液体を加圧しながら一対の可動壁により仕切られた圧力室内に液体を充填するか液体供給部側から加圧しながら一対の可動壁により仕切られた圧力室内に液体を充填しつつ、圧力発生手段により一対の可動壁を可動させることで圧力室内の容積変化を発生させて隔壁面に付着した気泡を剥離させてノズル孔より液滴と共に吐出させるので、気泡の剥離動作と液滴の吐出動作を並行することで気泡を容易に除去することができる。

Claims (5)

1. 液体を吐出する液体吐出部と、前記液体吐出部に液体を供給する液体供給部を備えた液体吐出装置であって、
   前記液体吐出部は、前記液体が充填される圧力室と、
   前記圧力室を仕切る隔壁を可動させて当該圧力室の容積変化によって吐出圧を発生させる圧力発生手段と、
   前記圧力室内の液体を前記液体供給部側より加圧する加圧手段又は前記圧力室内の液体を前記液体吐出部側より吸引する吸引手段と、を備え、
   前記圧力室を形成する隔壁は、ノズル孔が形成された液体吐出壁及び前記ノズル孔の両側に連なるように前記液体吐出壁と対向配置され、前記圧力発生手段によって可動する一対の可動壁を備えていることを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記一対の可動壁はシェアモード型圧電素子であり、各圧電素子に通電するとせん断変形して前記可動壁間の液体に吐出圧が発生する請求項１記載の液体吐出装置。
3. 前記シェアモード型圧電素子は、圧電素子が直列に連結されており、通電により対向する連結部どうしが互いに接近する方向にせん断変形して前記一対の圧電素子間の液体に吐出圧を発生させる請求項２記載の液体吐出装置。
4. 液体吐出部に備えた圧力室を形成する隔壁にノズル孔が形成された液体吐出壁及び前記ノズル孔の両側に連なるように前記液体吐出壁に対して垂直に対向配置され、圧力発生手段によって可動する一対の可動壁を備え、前記圧力室内に液体と共に混入した気泡を除去する液体吐出装置の気泡除去方法であって、
   前記圧力室に満たされた液体に液体供給部側から加圧しながら前記一対の可動壁により仕切られた前記圧力室内に液体を充填する若しくは前記液体供給部側から供給された液体を前記液体吐出部側より吸引しながら前記一対の可動壁により仕切られた前記圧力室内に液体を充填する工程と、
   前記圧力発生手段により前記一対の可動壁を可動させて前記圧力室内の容積変化を発生させて前記隔壁面に付着した気泡を剥離させて前記ノズル孔より液滴と共に吐出させる工程と、を並行することを特徴とする液体吐出装置の気泡除去方法。
5. 前記一対の可動壁はシェアモード型圧電素子であり、各圧電素子に通電するとせん断変形して前記一対の可動壁間の液体に吐出圧を発生させる請求項４記載の液体吐出装置の気泡除去方法。

Images