JP4194023B2 - 記録装置、記録ヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録装置、特に記録ヘッドの回復動作等に使用したインクを再生利用する記録装置、記録ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
記録ヘッドのキャップから回復動作等に使用したインクを回収し再利用するインクジェット記録装置の場合、通常増粘したインクが回収され再利用されるためインク中の色材濃度が上昇したりしインクの増粘により印刷が乱れるなど所望の画像が得られないという問題がある為、例えば想定インク残量と実インク残量の差からインク希釈量を求め、インク収納部にインク希釈液を添加することによりインクの濃度調整し、印刷品質低下を抑制するインク再利用型インクジェットプリンタが開示されている。
（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開2001-10087号（第１−４頁、図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし例えば、顔料インクを用いた場合、印字待機中や電源OFF時にキャップに残留したインクの水分が蒸発し、インク中の顔料が凝集すると液体循環経路を介してインク収納部へインクを回収する際にインク流路を塞いでしまいインク漏れ等を発生してしまう不具合が懸念されることと、この方法では外部に補助タンクを設け、ポンプ等でインク収納部に補充するため装置構成が複雑になり、大型化してしまう難点がある。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであってインクを再利用する循環型インクジェットプリンタにおいて長期にわたって使用してもインク供給部内のインクを一定の濃度に保ち、吐出安定性と画像品位が良好なインクジェット記録装置、インクジェット記録装置インク濃度調整方法およびインクジェット記録ヘッドを簡単な装置構成で提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明は下記の手段を実施した。
【０００６】
インク収納部と、複数の吐出口から少なくともインクおよび補助液を吐出する記録ヘッドと、前記記録ヘッドの吐出口が形成されている面を密閉するキャップと、キャップより排出されたインクおよび補助液をインク収納部に戻す液体循環経路を有するインクジェット記録装置において、インクを吐出する複数の吐出口と補助液を吐出する複数の吐出口が同一のキャップにより覆われることにより達成できる。
補助液吐出ノズル数がインク吐出ノズル数の 1/3 以下であることが好ましい。前記インクおよび補助液を吐出する複数の吐出口が直線上あるいは平行上に配置されていることが好ましい。
前記インクの色材として顔料を用いることに好適である。さらにインク収納部と、複数の吐出口から少なくともインクおよび補助液を吐出する記録ヘッドと、記録ヘッドに複数の吐出口が形成されている面を密閉するキャップと、キャップより排出されたインクおよび補助液をインク収納部に戻す液体循環経路を有するインクジェット記録装置において、インクを吐出する複数の吐出口と補助液を吐出する複数の吐出口が同一のキャップにより覆われ、補助液をキャップ内に吐出することにより達成できる。
インクジェット記録装置において回復動作およびインクを吐出した間隔に応じて補助液をキャップ内に向けて吐出する量を制御することが好ましい。
本発明者等は種々の要因について鋭意検討した結果、インク収納部と複数の吐出口からインクおよび補助液を吐出する記録ヘッドと記録ヘッドの吐出口が形成されている面を密閉するキャップより排出されたインクおよび補助液をインク収納部に戻す液体循環経路を有するインクジェット記録装置において、インクを吐出する複数の吐出口と補助液を吐出する複数の吐出口を同一のキャップで覆い、補助液をキャップ内に吐出することにより前記問題を解決できることを見出し本発明に至った。
循環型インクジェット記録装置は長期にわたって使用すると液体循環経路、インク収納部からインク水分が蒸発し、色材濃度上昇による色調の変化、インクが増粘することによりヨレやインクの固着等の問題が発生する。
また吐出口近傍の蒸発を防ぐため吐出口を覆うようなキャップが設けられているが完全 密閉が困難なため、キャップに残留したインクからから水分が蒸発してしまう。
こうしたインクが循環系に混入するためインク収納部のインクはさらに濃度が高くなり前述の問題を引き起こす。そこで液体循環経路を有するインクジェット記録装置の場合、インクおよび補助液を吐出する複数の吐出口を同一のキャップで覆い、補助液をキャップ内に吐出することによりインクタンク等のインク収納部で混合され、色材濃度上昇による色調の変化を補正できる。
また、インクジェット記録装置はノズル内に発生した気泡やインク増粘に起因した吐出不良を未然に防止するため、記録ヘッドフェイス面を覆うキャップにインクを吐出する吐出回復処理 ( 予備吐 ) やキャッピングとともにプリンタ内にあらかじめ設けられたポンプによりノズルを加圧あるいは減圧してノズルからインクを排出する、加圧回復や吸引回復のクリーニング方法が広く用いられている。
【０００７】
色材として染料を用いた場合、キャップ内に残留したインク中の水分が蒸発し固着した場合、フレッシュインクにより再溶解するが、顔料を用いた場合はキャップ内にわずかに残留したインク水分が蒸発し、顔料が凝集してしまう。
液体循環経路を有するインクジェット記録装置の場合、液体循環経路に設けたフィルタやノズルにこうした凝集物が詰まってしまい、インク漏れや不吐が発生する。
本発明ではキャップ内に補助液を定期的に予備吐することにより、蒸発して凝集する前に残留インクが液体循環経路を介してインク収納部へ回収されるため、これらの問題を防止することができる。
インク中の水分蒸発は記録装置内部の温度、湿度、或いはキャップ形状等により蒸発速度が変化するため、温度あるいは湿度に応じ補助液を吐出する間隔を制御させたほうが好ましい。
さらにノズルから吐出、排出し、キャップ内に回収されたインク量により蒸発速度が変化するため、印字、クリーニング動作に使用したインク量に応じ、補助液を吐出する間隔を制御したほうが好ましい。
また、本発明で用いられるインクジェット記録ヘッドは、荷電量制御型、スプレイ方式を利用したコンティニュアス型、或いは熱エネルギーを利用したサーマルジェット方式、ピエゾ振動板を利用したピエゾ方式等を使用したオンデマンド型等が使用可能である。
本発明で使用される記録ヘッドにおけるインク導入口から吐出口に至る流路が複雑になり、インクおよび補助液がスムーズに供給されず吐出に悪影響を与えるため直線上あるいは平行に配置することによりが好ましい。
また、インクを吐出するノズル数に対し補助液を吐出するノズル数は、加圧回復や吸引回復時にインクと同時に吸引し、色材濃度が低下しすぎる可能性があるため、1/3以下が好ましい。
本発明で使用するインクに含有される顔料の量は、重量比で1-20重量％、好ましくは2-12重量％の範囲で用いることが好ましい。本発明で使用する顔料は上記性能を満足するものならばどのようなものでも使用可能である。
【０００８】
さらに、吐出の安定性をえるためにはエタノール、あるいは、イソプロピルアルコール等の一級アルコールやアセチレングリコール等の界面活性剤を添加することが効果的である。これはこれら溶剤を添加することによってインクの薄膜抵抗体上での発泡をより安定に行うことができるからと考えられる。
【０００９】
本発明のインク中の上記水溶性有機溶剤の含有量は、一般にはインク全重量の3-50重量％の範囲であり、好ましくは3-40重量％の範囲であり、使用する水はインク全重量の10-90重量％、好ましくは30-80重量％の範囲である。
【００１０】
また、上記の成分のほかに必要に応じて所望の物性値を持つインクとするために、界面活性剤、消泡剤、防腐剤等を添加することができ、さらに市販の水溶性染料などを添加することもできる。
【００１１】
界面活性剤としては陰イオン界面活性剤、非イオン性界面活性剤等がありこれらの1種または2種以上を適宜選択して使用できる。その使用量は分散剤により異なるがインク全量に対して0.01から5重量％が望ましい。
【００１２】
この際、インクの表面張力は30dyne/cm以上になるように活性剤添加量を決定する事が好ましい。
【００１３】
また、本発明に用いられるインク洗浄液は再度印字に用いるためインクの吐出性、保存性に悪影響を与えないために、本発明に用いられるインクに類似の成分が好ましい。
インクから色材を除いたいわゆるクリアインクやプリンタの動作する温度範囲内では揮発しない不揮発性成分をクリアインクから除いたもの等使用されるインクに用いられる成分のみで構成されることがより好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下実施例により本発明をさらに詳細に説明する。但し、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００１５】
本発明を実施した記録装置１００とＰＣを接続した構成図を図１−１に示す。
【００１６】
記録装置１００の正面には操作（オペレーション）パネル１０３が装着されており、給紙部１０４には記録媒体であるロール状に巻かれたラベル紙１０５がセットされている。
【００１７】
ホストコンピュータ（ホストPC）１０１と記録装置１００はプリンタケーブル１０２で接続され、PC１０１上のアプリケーションソフトを実行することで、記録情報を制御コマンドに変換し、記録装置１００に出力する。
【００１８】
本発明を実施した上記記録装置１００の電気的なブロック図を図１-２に示す。
【００１９】
ホストPC１０１は、記録に使用する記録データを記録装置１００のインタフェースコントローラ１１１に転送し、記録開始を指示する。
【００２０】
CPU（中央演算処理装置：Central Processing Unit）１１０は記録データの受信、記録動作、そして記録媒体（用紙）のハンドリング等記録装置１００全般の制御を掌る演算処理装置である。
【００２１】
CPU１１０はホストPC１０１から受信したコマンドを解析後、記録データの各色成分のイメージデータをイメージメモリ１１３にビットマップ展開して描画する。
【００２２】
記録前の動作処理としてCPU１１０は入出力ポート（I/O）１１７、駆動部１１８を介してキャッピングモータ１２０と記録ヘッドU/Dモータを駆動し、記録ヘッド１２４K〜１２４Yのキャッピングを解除し、記録位置に移動させる。
【００２３】
さらに、駆動部１１８を介してラベル用紙等を繰り出す給紙モータ（不図示）、及び定速度で用紙を搬送する搬送モータ１２１等を駆動し用紙を記録位置に搬送する。
【００２４】
定速度で搬送される用紙の記録タイミングを決定するための先端検知センサ１１６でラベル先端位置を検出する。
【００２５】
その後用紙搬送に同期して、CPU１１０はイメージメモリ１１３から対応する色のイメージデータを順次読み出し、記録ヘッド制御回路１２３を介して、記録ヘッドＫ（ブラック）１２４、Ｃ（シアン）１２５、M（マジェンタ）１２６、及びＹ（イエロー）１２７にデータ転送し、各々の記録ヘッドが持つ多数のノズルから記録データに基づき、選択的にインクを吐出させ、カラー記録する。
【００２６】
CPU１１０の動作はプログラムROM１１２に記憶された処理プログラムに基づき、実行される。
【００２７】
プログラムROM１１２には後述する制御フローに対応する処理プログラム及びテーブルなどが記憶されている。
【００２８】
又作業用のメモリとしてワークRAM１１４を使用する。
【００２９】
EEPROM１１５は不揮発性のメモリで記録ヘッド相互の微小記録位置調整値等、装置固有のパラメータを記憶する。
【００３０】
記録ヘッドの各ノズルを健全な状態に維持するために回復動作を実行する場合、後述する加圧ポンプ、吸引ポンプを動作させるため、CPU１１０は駆動部１１８を介してポンプモータ１２２を駆動する。ポンプの切り換えは図示しないクラッチを選択的に駆動する。
図２は、本実施例に使用した記録ヘッド１２４〜１２７の概略図である。
【００３１】
補助液は、補助液供給路２０１を経て補助液吐出ノズル２０２から吐出され、インク供給路２０７を経て形成されたインク吐出ノズル２０３とは別途に設けた。
２０４は補助液中のゴミ等を除去するフィルタ、２０５、２０６はインク中のゴミを除去するフィルタであり、２０５側からインクが供給され、吐出、回復動作に用いられなかったインクは２０６側から不図示のサブタンクに戻り、再利用される。
図３は、本実施例に使用した記録ヘッド１２４〜１２７の内部構造を説明するための模式図である。
【００３２】
各ノズル３０３毎、独立に備えた発熱体３０２(ヒータ)にヘッド駆動回路から所定の駆動パルスを印加、加熱することによって、気泡を発生させ、その作用で吐出口３０１からインク液滴を吐出する。
【００３３】
なお、ヒータ３０２はシリコン基板３０５の上に半導体製造プロセスと同様の手法で形成される。３０４は各ノズル３０３を構成するノズル隔壁であり、３０７は各ノズルにインクを供給するための共通液室であり、３０６は天板である。
【００３４】
図４は本実施例に使用したインク循環経路を有する回復処理系概略図である。インク循環経路は補給されるインクが貯留されるインクカートリッジにインク供給路４０１を通じて接続されるサブタンク４０５と、キャップ４１１とサブタンク４０５との間を接続するインク供給路４０４,４０１に配されキャップからのインクをサブタンクに供給する吸引ポンプ４０２、キャップから戻ったインク中のゴミ等を除去するフィルタ４０３、インク供給路４０６を介して接続され記録ヘッド４１２の共通液室にインクを供給する加圧ポンプ４０８、記録ヘッド４１２から戻ったインクをサブタンクに供給するインク供給路４０７、補助液が貯留される補助液タンク４１３と補助液タンクから記録ヘッドに加圧ポンプ４１０により補助液を供給する補助液供給路４１４、補助中のゴミ等を除去するフィルタ４１５を主要な要素として構成されている。
【００３５】
本実施例で使用したインク、補助液は下記のとおりである。
(顔料分散液の作成)スチレン/アクリル酸/エチルアクリレート共重合体(ガラス転移温度74 [度] 、酸価200、重量平均分子量8000)の水酸化カリウム溶液(中和率110％、樹脂固形分2.5部)を80部、エチレングリコールを5部、この溶液に純水で洗浄した色材(Bk:カーボンブラック(MA-6,三菱化学製)15部、C: C.I.ピグメントシアン15：3 15部、M: C.I.ピグメントレッド122 15部、Y: C.I.ピグメントイエロー138 15部)を添加後、サンドミルを用いて分散し、水性分散体を作成した。
(インクの作成)
上記分散液 各40部
エチレングリコールモノブチルエーテル 15部
グリセリン 5部
ジエチレングリコールモノブチルエーテル 0.5部
アセチレノールEH(川研ファインケミカル（株)製) 1部
イオン交換水 38.5部
(補助液の作成)
エチレングリコールモノブチルエーテル 15部
ジエチレングリコールモノブチルエーテル 0.5部
アセチレノールEH(川研ファインケミカル（株）製) 1部
イオン交換水 83.5部
クリーニング時において加圧ポンプ４０８を駆動することによりサブタンク４０５からインクを記録ヘッドに供給し、ノズル6から排出される。
【００３６】
これにより記録ヘッドノズル内の泡、インク、ゴミ等を排出する。吸引ポンプ24は、記録ヘッドからキャップ機構内に排出されたインクをサブタンク４０５に戻すために駆動される。
【００３７】
同時に補助液も吸引されるがインク吐出ノズル数500に対し補助液ノズル数は約50であるため排出されるインク洗浄液はわずかである。
図５、図６は本発明を実施した記録装置の記録動作、回復動作に関するフローチャートである。
これらの動作フローはプログラムROM１１２に記憶されたプログラムに従ってCPU１１０が実行する。
ホストPCから記録データを受信するとCPU１１０は先ず各インク色毎のイメージメモリ１１３に展開（５０１）、次に記録ヘッドの回復動作が必要か否かを判断し（５０２）、否なら記録動作を開始するが、必要なら回復動作を実行する（５０３）。
【００３８】
回復動作必要かの判定は、例えば前回の回復動作からの経過時間で行なうが詳細に関しては省略する。
記録動作に入ると、記録ヘッドU/Dモータ１１９、キャッピングモータ１２０を制御して記録ヘッド１２４〜１２７を記録位置に移動し（５０４）、続いて不図示の給紙モータ、搬送モータ１２０等を駆動後、記録ヘッドによる記録開始し（５０５）、所定枚数の記録が完了すると（５０６）、記録ヘッド１２４〜１２７をキャップ位置に再度戻して（５０７）終了する。
記録ヘッドの回復動作（５０３）の詳細な動作フローを図６に示す。
回復動作では先ず、吸引ポンプ４０２を駆動してキャップ機構４１１内のインク溜まりからインク回収モードにしておき（６０１）、次に補助液の供給が必要か否か判定する（６０２）。
この判定も前回の補助液供給から例えば８時間以上経過したか否かで行なう。
補助液の供給が必要と判断すると（６０２ーY）、CPU１１０は図７（又は図８）のテーブルに基づき補助液供給動作を実行する（６０３）。
前回の補助液の補充（供給）からの経過時間によって、記録ヘッドの第２ノズル２０２から次のように補助液を吐出する。

２４時間以内 ５００発／ノズルの吐出
４８時間以内 １０００発／ノズルの吐出
９６時間以内 ２０００発／ノズルの吐出
９６時間以上 加圧ポンプを２秒ON
上記の通り長期に渡って使用されていなかった場合、加圧ポンプ４１０を使用して比較的多量の補助液が短時間で供給される。
更に図８では記録装置内部の温度を温度センサ１３０の出力を変換し読み取ることによって、温度補正を加えた。
【００３９】
内部温度が２５度C以下なら、図７と同じであり、２５度Cを超えると各々の吐出発数を２０％増加した。キャップ４１１機構からのインク蒸発量が変化する為の補正である。尚内部温度に関しては該当する各時間帯の平均温度であり例えば記録装置では１時間毎にCPU１１０が変換された温度を記憶しておく。
加圧ポンプ４１０による補充液の供給時の温度補正はしない。他の要因による誤差が大きくなるからである。
図６のフローに戻り、上記の補助液供給動作が済むと（６０３）、加圧ポンプ４０８を所定時間駆動し記録に使用する第１のノズル２０３を健全化する。
この時各ノズルから比較的大量のインクが排出され、上記補助液とキャップ機構４１１内のインク溜まり部で混じり合い吸引ポンプ４０２が動作中であるのでサブタンク４０５へ回収される。
加圧ポンプ４０８を停止してから所定時間（ｔ3）吸引ポンプは動作を継続後（６０５）（この間にキャップ機構４１１内のインク、補助液の回収が完了する）停止する（６０６）。
【００４０】
次に記録ヘッド１２４〜１２７をワイプ位置へ移動し（６０７）、ワイパブレード（不図示）にて各記録ヘッドのノズル面をワイプ（６０８）、続いて記録ヘッドをキャップ位置に戻し（６０９）、本発明による回復動作は終了する。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明を実施した記録装置、および記録ヘッドによれば、インク供給部と、複数の吐出口から少なくともインクおよび補助液を吐出する記録ヘッドと、記録ヘッドの吐出口が形成されている面を密閉するキャップと、キャップのインク溜まり部に排出されたインクおよび補助液をインク供給部に戻す液体循環経路を有することにより長期にわたって使用してもインク供給部のインク濃度を一定に保ち、且つ吐出安定性と画像品位が良好な記録装置、および記録ヘッドを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施した記録装置のブロック図である。
【図２】記録ヘッドのインク流路を示す概略図である。
【図３】記録ヘッドのノズル近傍の模式図である。
【図４】インク循環経路を有する回復処理系概略図である。
【図５】記録動作のフローチャートである。
【図６】回復動作のフローチャートである。
【図７】補助液吐出発数／加圧ポンプ駆動時間（ｔ１）テーブルを示す
図である。
【図８】補助液吐出発数に温度補正を加えたテーブルを示す図である。
【符号の説明】
１００ 記録装置
１０１ ホストコンピュータ（ホストPC）
１１０ CPU（中央演算処理装置）
１１９ ヘッドU/D（Up／Down）モータ
１２０ キャッピングモータ
１２１ 搬送モータ
１２２ ポンプモータ
１２３ 記録ヘッド制御回路
１２４ 記録ヘッドK（ブラック）
１２５ 記録ヘッドC（シアン）
１２６ 記録ヘッドM（マジェンタ）
１２７ 記録ヘッドY（イエロー）
１３０ 温度センサ

２０１ 補助液供給路
２０２ 補助液吐出ノズル
２０３ インク吐出ノズル
２０４ フィルタ
２０５ フィルタ
２０６ フィルタ
２０７ インク供給路

３０１ インク吐出口
３０２ 発熱体（ノズルヒータ）
３０３ ノズル
３０４ ノズル隔壁
３０１ インク吐出口

４０２ 吸引ポンプ
４０５ サブタンク
４０８ 加圧ポンプ
４１０ 加圧ポンプ
４１１ キャップ機構
４１２ 記録ヘッド
４１３ 補助液タンク

Claims (5)

1. 記録液を吐出する第１のノズルと前記記録液の濃度を調整する補助液を吐出する第２のノズルとを有する記録ヘッドと、前記記録液を貯留する記録液タンクと、前記補助液を貯留する補助液タンクと、前記記録ヘッドに前記記録液および前記補助液を供給可能な供給手段と、を有する記録装置において、
   前記記録ヘッドから排出された前記記録液と前記補助液を回収するキャップと、前記キャップと前記記録液タンクを接続する流路と、前記キャップから前記記録液と前記補助液を混合しながら前記記録液タンクへ戻すポンプと、前記記録ヘッドから排出する前記補助液の量を制御する制御手段と、を有することを特徴とする記録装置。
2. 前記制御手段は、前回の補助液の補充からの経過時間によって前記補助液の排出量を制御することを特徴とする請求項１記載の記録装置。
3. 前記制御手段は、前記記録装置の周囲温度に応じて前記補助液の排出量を制御することを特徴とする請求項２記載の記録装置。
4. 前記制御手段は、前記記録ヘッドを健全化する回復動作時に前記補助液を吐出することを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の記録装置。
5. 前記記録液の色材として顔料を用いることを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の記録装置。

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