JP4365309B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット記録装置に関するものであり、さらに詳しくは、比較的多くのノズル部から構成された記録ヘッドを備え、この記録ヘッドのノズル部から記録信号に応じてインク滴を記録媒体へ吐出して記録を行なうインクジェット記録装置に関するものである。

記録信号に応じて記録ヘッド（以下、「ヘッド」という）のノズル部からインク滴を吐出し記録媒体にドット記録（印字）を行なうインクジェット記録装置では、ノズル部内のインク、特にインク滴の吐出口となるノズル孔近傍のインクを繰り返して加圧または減圧する間欠駆動が行なわれる。

ここで、吐出動作は一般に、ヘッドをキャリッジに搭載しておきキャリッジを往復移動させながら行なわれるが、往復移動のためのキャリッジの加速・減速時にヘッド内部におけるインクの圧力変動が生じる。そして、この圧力変動によりノズル部のメニスカスが破壊され、ノズル部からインク漏れが発生するおそれがある。このインク漏れを防ぐため、少なくとも記録動作中のヘッドの内部におけるインク圧力は負圧にされている。

上記負圧を発生する方式としては、
（１） ヘッドよりもインクタンク（収納されたインクをヘッドに供給するもの）の高さを低くすることによる水頭差を用いる方法
（２） スポンジなどの吸収体にインクを吸収させる毛細管現象を用いる方法
（３） 柔軟な袋の中にインクを注入し、その袋の外部から負圧を与える方法
が採用されていた。

従来、これらの負圧発生方法を用いたインクタンクとヘッドとをチューブやマニホールドのようなインク流路形成管を用いて直接接続することにより、常に一定の負圧を印加するヘッドのインク供給系を形成していた。そして、ヘッドへのインク充填およびノズル部内の気泡やゴミなどの除去を行なうためのメンテナンスとして、ノズル部のノズル面をキャップ部材により密閉し、キャップ部材の内部から、ヘッド内部のインクにかかる負圧よりも大きい圧力で吸引していた。

しかし、記録速度を高めるためにヘッドおよびノズル部の搭載数を多くした場合には、各ノズル部への吸引力にバラツキが生じるため安定したメンテナンスができないという問題が発生していた。また、インクタンクからヘッドまでのインク流路が比較的長い場合にはインク流路の流路抵抗の影響がより大きくなり、吸引によるインク充填やメンテナンス自体が困難になるとともに、吐出動作時のインク供給が間に合わないという問題が発生していた。

特に、生産装置に液体塗布装置を適用する場合には、上記両方の問題点を有することになるとともに、メンテナンスの信頼性向上が必須要件であった。

そこで、特許文献１に示されるように、ヘッドへのインク充填やヘッド内部の気泡除去などのメンテナンスを行なう場合には、ヘッド内部のインクを加圧・減圧する方向に切り換えることができる電磁弁をヘッドに繋がるインク流路に有する構成が提案されている。また、特許文献２に示されるように、ヘッド内部の気泡をインク自体が溶かし込むようにインクを脱気する機構を有し、脱気されたインクを循環させながらヘッドに供給するための切り換え用の電磁弁をヘッドに繋がるインク流路に有する構成も提案されている。

特開２００１−２３２８１６号公報 特開２０００−１８５３９５号公報

また、上記構成により増大するインクの消費量の軽減を目的として、廃液インクの再利用を行なう構成として循環方式の提案がなされている。

上記の構成を含め、インク流路の開閉もしくは切り換えにおいて使用される電磁弁としては、耐液性能の観点から以下の２種類が一般的である。
（１） ダイアフラムを用いた方式（ダイアフラムバルブ）
（２） ピンチ部によりチューブ自体をつぶす方式（ピンチバルブ）

しかし、これらの電磁弁を用いた場合、電磁弁の開閉もしくは切り換えの時にインク流路の容積変動が発生する。

図９に従来のダイアフラムバルブの開閉構造を示す。図９（ａ）に示すように弁が開放された状態では、ダイアフラム１は、バルブボディ２に取り付けられ、弁室６においてインク出口３との間に隙間を形成している。したがって、インク入口４から流入したインクはインク出口３まで流通することができる。しかし、図９（ｂ）に示すように弁が閉止された状態では、ダイアフラム１がインク出口３を塞いでいるため、インクはインク入口４からインク出口３へ流通することができない。

ここで、弁が開放状態から閉止状態に移行した場合には、弁室６の容積はダイアフラム1が変形するにつれて減少することになる。また、弁が閉止状態から開放状態に移行した場合には、弁室６の容積は増大することになる。このような弁開閉時におけるインク流路の容積変動は、インクがインク入口４から流入してインク出口３へ流出することによるものである。

図１０に従来のピンチバルブの開閉構造を示す。図１０（ａ）に示すように弁が開放された状態では、ピンチ７と対向板８とによって挟まれているチューブ９は潰されておらず、インク入口４から流入したインクはチューブ９を通りインク出口３まで流通することができる。しかし、図１０（ｂ）に示すように弁が閉止された状態では、ピンチ７と対向板８とによって挟まれているチューブ９は潰れているため、インクはインク入口４からインク出口３へ流通することができない。

この場合も、上記ダイアフラムバルブの場合と同様に、弁の開閉時に、チューブ９の潰れ代分だけのインク流路の容積変動が存在することになる。

ここで、電磁弁のインク入口４もしくはインク出口３はヘッドに繋がっており、電磁弁の開閉時におけるインク流路の容積変動はそのままヘッドに伝播することになる。この容積変動はノズル部に影響を及ぼすことになり、電磁弁の弁室の容積が減少した場合、すなわちヘッドへインクが流入した場合には、ノズル部のメニスカスが破られてインクが漏れることになる。

逆に、電磁弁の弁室の容積が増大した場合は、ヘッドのインクが流出することになり、ノズル部のメニスカスが破られてヘッド内部にエアが混入することになる。

特にエアがヘッド内部に混入した場合には、ヘッド内部は通常負圧に設定され、かつ電磁弁は開放状態にある可能性が高いため、ヘッド内部のエア混入が際限なく進行することになり、ヘッド内部のインクがなくなってしまうといった事態が発生していた。この場合は、不吐が起きるだけでなくヘッド内部のインクが乾燥することにより、ノズル部やヘッド内部の流路における目詰まりやゴミ詰まりが多発し、最悪の場合、ヘッド自体が使用不能な状態になってしまうことがあった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、弁の開閉もしくは切り換えの時に生じるインク流路の容積変動の影響でノズル部のメニスカスが破壊されてノズル部からインクが漏れたり、ノズル部内にエアが混入したりする現象を解消することのできるインクジェット記録装置を提供することにある。

本発明によれば、インクが収納されたインクタンクと、このインクタンクから供給されたインクを吐出して記録媒体上に記録を行う記録ヘッドと、この記録ヘッドから生じた廃液が収納される廃液タンクと、前記記録ヘッドおよび前記インクタンクに接続されて内部にインク供給流路を形成するインク供給流路形成管と、前記記録ヘッドおよび前記廃液タンクに接続されて内部にドレイン流路を形成するインク排出流路形成管と、前記インク供給流路形成管および前記インク排出流路形成管にそれぞれ設けられて前記インク供給流路および前記ドレイン流路の開閉もしくは切り換えの操作を行う操作弁とを備えてなり、前記記録ヘッドは、圧電方式のインクジェットヘッドからなるとともに、前記インクタンクから供給されたインクを収納するインク室と、このインク室に通じかつインクに加圧・減圧を施す圧力室と、この圧力室に通じかつインクを吐出するノズル部とを有してなり、前記操作弁は、前記インク供給流路に配設されたインク供給用電磁弁と、前記ドレイン流路に配設されたドレイン用電磁弁とを有してなり、前記操作弁および前記圧力室のうち少なくとも一方は、前記操作弁の操作の時に生じる前記インク供給流路および前記ドレイン流路の容積変動のうち前記記録ヘッドに伝播する容積変動の量を前記圧力室の総容積未満にするように構成されていることを特徴とするインクジェット記録装置が提供される。

このインクジェット記録装置におけるインク流路の開閉もしくは切り換えを行なう操作弁としては、制御の容易さや確実さなどの理由から一般に電磁弁が広く用いられるが、電磁弁に限られるものではない。

このインクジェット記録装置では、例えば操作弁が、インク入口と、インク出口と、インク入口およびインク出口に連通する内部流路と、内部流路の開閉もしくは切り換えの操作を行う操作部とを有してなり、その内部流路および操作部が、前記操作弁の操作の時に生じる前記インク供給流路および前記ドレイン流路の容積変動のうち前記記録ヘッドに伝播する容積変動の量を前記圧力室の総容積未満にするように構成されている。

このインクジェット記録装置には、前記操作弁と前記記録ヘッドとの間に、前記操作弁の操作の時に生じる前記インク供給流路および前記ドレイン流路の容積変動のうち前記記録ヘッドに伝播する容積変動の量を吸収するためのダンパ部が設けられていてもよい。

このインクジェット記録装置におけるダンパ部は例えば、インク入口と、インク出口と、インク入口およびインク出口に連通するダンパ室と、ダンパ室へのインク流入およびダンパ室からのインク流出を行うダンパ膜とを有してなり、そのダンパ室およびダンパ膜が、前記操作弁の操作の時に生じる前記インク供給流路および前記ドレイン流路の容積変動のうち前記記録ヘッドに伝播する容積変動の量を吸収するように構成されている。

本発明に係るインクジェット記録装置にあっては、前記操作弁および前記圧力室のうち少なくとも一方が、前記操作弁の開閉もしくは切り換えなどの操作の時に生じる前記インク供給流路および前記ドレイン流路の容積変動のうち前記記録ヘッドに伝播する容積変動の量を前記圧力室の総容積未満にするように構成されているので、前記操作弁の操作の時に生じる前記インク供給流路および前記ドレイン流路の容積変動の影響でノズル部のメニスカスが破壊されてノズル部からインクが漏れたり、ノズル部内にエアが混入したりする現象を防止することができる。これにより、操作弁の開閉もしくは切り換えなどの操作後のインクジェット記録ヘッドに不吐が発生せず、安定した吐出による記録を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

〔実施の形態１〕
まず、実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係るインクジェット記録装置における記録ヘッドのインク流路およびこれを用いた液体記録装置の構成を説明するための模式図である。

図１において、ノズル部２１を含むヘッドユニット２０は、図示されない記録媒体に対向して配置されている。また、ヘッドユニット２０は、インクタンク３１に接続された可撓性のインク供給流路形成管と廃液タンク３２に接続された可撓性のインク排出流路形成管とを備えている。そして、インク供給流路形成管におけるインク供給流路２２とインク排出流路形成管におけるドレイン流路２３とを形成している。インク供給流路２２にはインク供給用電磁弁１１２とフィルタ２４とが配設され、ドレイン流路２３にはドレイン用電磁弁１１３が配設されている。

インクタンク３１は、内部にインクが注入された柔軟性インク袋３０を有するとともに、加圧エア配管１６０を介して加圧源１０１に接続され、減圧エア配管１６１を介して減圧源１０２に接続されており、内部を加圧・減圧することのできる密閉構造となっている。

加圧エア配管１６０の管路には、タンク加圧用レギュレータ１０３とタンク加圧用電空レギュレータ１３０とタンク加圧用電磁弁１１０とが配設され、減圧エア配管１６１の管路には、タンク減圧用レギュレータ１０４とタンク減圧用電磁弁１１１とが配設されている。廃液タンク３２は廃液用減圧エア配管１６２を介して減圧源１０２に接続されている。廃液用減圧エア配管１６２の管路には廃液用レギュレータ１０５と廃液用電磁弁１１４とが配設されている。

次に、図１を用いて、記録動作およびヘッドメンテナンス時の各部の動作、状態などについて説明を行なう。

まず、記録動作について説明する。記録動作前の状態（以下、「初期状態」という）では、インク供給用電磁弁１１２、ドレイン用電磁弁１１３、タンク加圧用電磁弁１１０、タンク減圧用電磁弁１１１および廃液用電磁弁１１４はいずれも閉止状態となっており、ヘッドユニット２０に通じるインク供給流路２２およびドレイン流路２３は完全に閉じられた状態となっている。

記録動作に入ると、タンク減圧用電磁弁１１１が開放され、タンク減圧用レギュレータ１０４により予め設定しておいた−２．５ｋＰａの負圧がインクタンク３１にかかる。ここで、インクタンク３１内の圧力は、インクタンク３１に設けられた圧力センサ１２１によりモニタされている。その後、インク供給用電磁弁１１２が開放され、ヘッドユニット２０内のインクにかかる圧力が所定の負圧となる。この状態において、所定の記録信号に基づいてヘッドユニット２０がノズル部２１からインクを吐出することにより、記録動作が行なわれる。ここで、インク袋３０内のインクの量は、インクタンク３１に設けられたタンク液量センサ１２０によりモニタされており、そのインク量が一定液量以下になると警告が発せられる。

記録動作が終了すると、インク供給用電磁弁１１２が閉止され、その後、タンク減圧用電磁弁１１１が閉止されて、初期状態に戻る。

次に、ヘッドユニット２０のプライム動作について説明する。初期状態において、タンク加圧用レギュレータ１０３により予め設定された５０ｋＰａの圧力を、タンク加圧用電空レギュレータ１３０によりプライム圧力として１５ｋＰａに制御する。その後、タンク加圧用電磁弁１１０が開放され、インクタンク３１の内部に上記プライム圧力が印加され、次いでインク供給用電磁弁１１２が開放される。このような動作により、ヘッドユニット２０内部のインクに所定の圧力が印加され、ノズル部２１からインクが排出されて、目詰まりなどが解消される。

その他の動作として、インク充填動作について説明する。初期状態において、タンク加圧用レギュレータ１０３により予め設定された５０ｋＰａの圧力を、タンク加圧用電空レギュレータ１３０によりプライム圧力として２０ｋＰａに制御する。また、廃液用電磁弁１１４を開放することにより、廃液用レギュレータ１０５により予め設定しておいた−１ｋＰａの負圧が廃液タンク３２にかかる。その後、タンク加圧用電磁弁１１０が開放され、インクタンク３１内部に上記プライム圧力が印加され、次いでインク供給用電磁弁１１２が開放され、さらにドレイン用電磁弁１１３が開放される。

ここで、廃液タンク３２には、廃液タンクフルセンサ１２２が設けられており、廃液タンク３２が満タンになると警告が発せられる。

上記動作により、インクタンク３１からのインクをヘッドユニット２０に充填するとともに、インク供給流路２２におけるエアもしくはヘッドユニット２０内部のインク流路におけるエアを廃液タンク３２側に排出することができ、ヘッドユニット２０内部へのエア混入のないインク充填が可能になる。

上記の各々の動作においては、ヘッドユニット２０に繋がる電磁弁（インク供給用電磁弁１１２およびドレイン用電磁弁１１３）を開閉操作しており、この開閉操作による影響を以下に記載する電磁弁を用いることで軽減することができる。

この実施の形態において使用する電磁弁について説明する。図５（ａ）および（ｂ）は、図１のインクジェット記録装置において使用する電磁弁の構造図である。図５（ａ）および（ｂ）に示すように、操作部の一部を形成するダイアフラム１は、下方において内部流路の一部を形成する弁開閉室１１まで延伸しており、先端に操作部の一部を形成するパッキン５が設けられている。インク入口４は、弁開閉室１１と内部流路の一部を形成する弁室６との中間位置でインク出口３に連通している。

そして、図５（ａ）に示すように電磁弁が開放された状態では、バルブボディ２に取り付けられたダイアフラム１は、弁開閉室１１においてダイアフラム１の先端のパッキン５とインク出口３との間に隙間を形成しており、インク入口４から流入したインクはインク出口３まで流通している。しかし、図５（ｂ）に示すように、電磁弁が閉止された状態では、ダイアフラム１の先端のパッキン５がインク出口３を塞いでおり、インクは流通することができない。

電磁弁が開放状態から閉止状態に移行した場合、弁室６の容積はダイアフラム１が変形するのに伴って増大することになり、弁開閉室１１の容積は逆にパッキン５の移動により減少することになる。

ここで、弁室６と弁開閉室１１との間における容積変動量、すなわちインク入口４での容積変動量は、弁室６の容積変動量と弁開閉室１１の容積変動量との相殺量である。したがって、弁室６の容積変動量と弁開閉室１１の容積変動量とを同等にすることにより、インク入口４での容積変動量を極小にまで抑えることが可能となる。

これは、電磁弁が閉止状態から開放状態に移行した場合も同様である。したがって、インク入口４を、図１に示すインク供給用電磁弁１１２とドレイン用電磁弁１１３とのヘッドユニット２０に繋がる側に接続することにより、電磁弁１１２・１１３の開閉時における容積変動の影響を抑えることができる。

ここで、上記の電磁弁構造において、弁開閉時のインク入口４の容積変動量が異なる以下の３種類の電磁弁について、電磁弁開閉後に吐出を行ない、不吐の発生頻度を各々１０回ずつ調べた。この吐出の安定性についての結果を実施例１〜３として表１に示す。また、従来構造による結果を比較例として併せて示す。

ここで、ヘッドについては、有効ノズル数が３００ｃｈである圧電方式のインクジェットヘッドを用いた。図４はこのヘッドの構造を示す断面図である。図４に示すように、ヘッドユニット６２は、インク滴の吐出口となるノズル部６３と、ノズル部６３に連通し、インクを収納保持するとともに内部のインクに圧力の印加（加圧・減圧）が可能な複数個の圧力室（インク室）６５と、圧力室６５に連通する１個の共通インク室６７と、共通インク室６７から圧力室６５へ流入するインクの量を規制する規制流路６６とから構成されている。

さらに、圧力室６５を構成する隔壁の一面は振動板６１とされており、この振動板６１には、駆動信号に応じて拡張変形または収縮変形する圧電素子６４が装着されている。そして、圧電素子６４の変形に応じて振動板６１が変形することにより、圧力室６５に圧力が印加される。

表１において、○印は電磁弁開閉後の不吐が発生しなかった場合を示し、△印は不吐が数回（１〜３回）程度発生した場合を示し、×印は不吐が多数回（４回以上）発生した場合を示す。表１から、電磁弁の開閉による容積変動量がヘッドユニットの圧力室の総容積未満であれば不吐が発生せず、安定したインク供給系を形成できることがわかる。

この実施の形態においては、記録動作、プライム動作、インク充填動作のみの説明を行ったが、この実施の形態は、これらの動作のみに限定される必要はなく、ヘッドに繋がる電磁弁の開閉を行なう動作であればどのような動作にも適用することができる。

また、説明した動作自体についても、その動作が説明した動作と完全に同一でなくても目的とする動作が可能であれば、適宜変更しても構わない。特に、各々の動作において、初期状態を前提に説明を行ったが、各動作を一連動作として初期状態に戻らずに行なうこともできる。

さらに、この実施の形態ではインクジェットヘッドの駆動方式として圧電方式を用いたが、この実施の形態は、吐出安定性への要因が容積変動である以上、駆動方式による差異はなく、サーマル方式、静電方式など、すべての方式に適用することができる。

〔実施の形態２〕
次に、実施の形態２について説明する。図２は、本発明の実施の形態２に係るインクジェット記録装置における記録ヘッドのインク流路およびこれを用いた液体記録装置の構成を説明するための模式図である。

図２において、ノズル部２１を含むヘッドユニット２０は、図示されない記録媒体に対向して配置されている。また、ヘッドユニット２０は、インクタンク３１に繋がるインク供給流路２２からなるインク流路を形成している。インク供給流路２２には、インク供給用電磁弁１１２とフィルタ２４とが配設されている。

インクタンク３１は、内部にインクが注入された柔軟性インク袋３０を有するとともに、加圧エア配管１６０を介して加圧源１０１に接続され、減圧エア配管１６２を介して減圧源１０２に接続されており、内部を加圧・減圧することのできる密閉構造となっている。

加圧エア配管１６０の管路には、タンク加圧用レギュレータ１０３とタンク加圧用電空レギュレータ１３０とタンク加圧用電磁弁１１０とが配設され、減圧エア配管１６１の管路には、タンク減圧用レギュレータ１０４とタンク減圧用電空レギュレータ１３０とタンク減圧用電磁弁１１１とが配設されている。また、インクタンク３１は、タンク間流路２５を介して補充タンク３３に繋がっており、タンク間流路２５にはタンク間電磁弁１１６が配設されている。

補充タンク３３は、補充タンク加圧エア配管１６３を介して加圧源１０１に接続され、補充タンク加圧エア配管１６３の管路には、補充タンク加圧用レギュレータ１０７と補充タンク用電磁弁１１５とが配設されている。

次に、図２を用いて、記録動作およびヘッドメンテナンス時の各部の動作、状態などについて説明を行なう。

まず、記録動作について説明する。初期状態では、インク供給用電磁弁１１２、タンク加圧用電磁弁１１０、タンク減圧用電磁弁１１１、補充タンク用電磁弁１１５およびタンク間電磁弁１１６はいずれも閉止状態となっており、ヘッドユニット２０に通じるインク供給流路２２は完全に閉じられた状態となっている。

記録動作に入ると、タンク減圧用レギュレータ１０４により予め設定しておいた−２０ｋＰａの負圧をタンク減圧用電空レギュレータ１３１により−２．５ｋＰａに制御する。それとともに、タンク減圧用電磁弁１１１が開放されてインクタンク３１に所定の負圧が印加される。ここで、インクタンク３１内の圧力は、インクタンク３１に設けられた圧力センサ１２１によりモニタされており、図示されない圧力制御部にフィードバックされて、タンク減圧用電空レギュレータ１３１により負圧が一定に保たれるように制御されている。

その後、インク供給用電磁弁１１２が開放され、ヘッドユニット２０内のインクにかかる圧力が所定の負圧となる。この状態において、所定の記録信号に基づいてヘッドユニット２０がノズル部２１からインクを吐出することにより、記録動作が行なわれる。ここで、インク袋３０内のインク量は、インクタンク３１に設けられたタンク液量センサ１２０によりモニタされており、そのインク量が一定液量以下になると警告が発せられる。

記録動作が終了すると、インク供給用電磁弁１１２が閉止され、その後、タンク減圧用電磁弁１１１が閉止されて、初期状態に戻る。

次に、ヘッドユニット２０へのインク充填動作について説明する。ヘッドユニット２０へのインク充填動作に入ると、タンク加圧用レギュレータ１０３により予め設定された５０ｋＰａの圧力を、タンク加圧用電空レギュレータ１３０によりプライム圧力として２０ｋＰａに制御する。その後、タンク加圧用電磁弁１１０が開放され、インクタンク３１の内部に上記プライム圧力が印加され、次いでインク供給用電磁弁１１２が開放される。このような動作により、インクタンク３１からのインクをヘッドユニット２０に充填することができる。

ここで、廃液タンク３２には廃液タンクフルセンサ１２２が設けられており、廃液タンク３２が満タンになると警告が発せられる。

このようなインク充填動作では、インク供給流路２２におけるエアもしくはヘッドユニット２０内部のインク流路におけるエアを完全に排出することは困難であるため、脱気インクの使用や、ヘッドユニット２０内部のインク流路形状としてエアの溜まりにくい構造の採用や、インク流路中におけるエアトラップの配置などの工夫を行なう必要がある。

さらに、参考のため、インクタンク３１へのインク充填動作について説明する。インク袋３０内のインクの量はインクタンク３１に設けられたタンク液量センサ１２０によりモニタされており、そのインク量が一定液量以下になると、補充タンク３３からインクタンク３１へインクを充填する動作が行なわれる。

初期状態において、補充タンク加圧用電磁弁１１５が開放され、補充タンク加圧用レギュレータ１０７により予め設定された５ｋＰａの圧力が補充タンク３３に印加される。その後、タンク間電磁弁１１６が開放され、補充タンク３３内のインクがインク袋３０に充填される。

ここで、補充タンク３３には補充タンクエンプティセンサ１２３が設けられており、補充タンク３３のインクが空になると警告が発せられる。また、インク袋３０内の液面が所定液量以上になったことがタンク液量センサ１２０により検出されると、タンク間電磁弁１１６が閉止されて、充填動作が終了する。

上記の記録動作およびヘッドへのインク充填動作においては、ヘッドユニット２０に繋がる電磁弁（インク供給用電磁弁１１２およびドレイン用電磁弁１１３）を開閉操作しており、この開閉操作による影響を以下に記載する電磁弁を用いることで軽減することができた。

この実施の形態において使用する電磁弁について説明する。図６は図２のインクジェット記録装置において使用する電磁弁の構造図である。図６に示すように、操作部を形成するピンチ７と対向板８とによって挟まれているチューブ９’は、インク入口４およびインク出口３に使用しているチューブ９よりも細い。チューブ９’とチューブ９とは、変換アダプタ１０により接続されている。

上記構成を用いることにより、電磁弁を閉止した場合、すなわちチューブ９’が潰れた場合に、その潰れ代を抑えることが可能となり、電磁弁の開閉時の容積変動量を軽減することが可能である。また、閉止するチューブ９’のみをより細くすることにより、インク供給流路での流路抵抗が増大する。これによって、インク充填やプライムなどのメンテナンスの容易性が損なわれたり、吐出動作においてヘッドヘッドユニット２０へのインク供給が間に合わず不吐が発生したりするといった懸念がない。

したがって、インク入口４を図２に示すインク供給用電磁弁１１２のヘッドユニット２０に繋がる側に接続することにより、電磁弁の開閉時における容積変動の影響を抑えることができる。

ここで、上記の電磁弁構造において、チューブ９の内径をφ４ｍｍとして、チューブ９’の内径の異なる以下の４種類の電磁弁について、電磁弁開閉後に吐出を行ない、不吐の発生頻度を各々１０回ずつ調べた。この吐出の安定性についての結果を実施例１〜４として表２に示す。また、従来構造、すなわちチューブ９’の内径をφ４ｍｍとした場合における結果を比較例として併せて示す。

表２において、○印は電磁弁開閉後の不吐が発生しなかった場合を示し、△印は不吐が数回（１〜３回）程度発生した場合を示し、×印は不吐が多数回（４回以上）発生した場合を示す。ここで、ヘッドユニット２０については、有効ノズル数が１５０ｃｈである圧電方式のインクジェットヘッドを用いた。

表２から、電磁弁の開閉によるインク流路の容積変動量がヘッドユニットの圧力室の総容積未満であれば不吐が発生せず、安定したインク供給系を形成できることがわかる。

〔実施の形態３〕
次に、実施の形態３について説明する。図３は、本発明の実施の形態に係るインクジェット記録装置における記録ヘッドのインク流路およびこれを用いた液体記録装置の構成を説明するための模式図である。

図３において、ノズル部２１を含むヘッドユニット２０は、図示されない記録媒体に対向して配置されている。また、ヘッドユニット２０は、インクタンク３１に繋がるインク供給流路２２と循環用タンク３４に繋がるドレイン流路２３とからなるインク流路を形成している。インク供給流路２２にはインク供給用電磁弁１１２とフィルタ２４とエアダンパ４０とが配設され、ドレイン流路２３にはドレイン用電磁弁１１３が配設されている。

インクタンク３１は、内部にインクが注入されたスポンジ状のインク吸収体からなるインク貯蔵体３６を有し、循環流路２６を介して循環用タンク３４に繋がっている。循環流路２６にはタンク間電磁弁１１６が配設されている。

循環用タンク３４には加圧・減圧エア配管１６４が接続されている。加圧・減圧エア配管１６４には、加圧源１０１に繋がる加圧エア配管１６０と減圧源１０２に繋がる減圧エア配管１６１とを切り換える加圧・減圧切換電磁弁１１７が配設されている。加圧エア配管１６０の管路にはタンク加圧用レギュレータ１０３が配設され、減圧エア配管１６１の管路には循環タンク減圧用レギュレータ１０８と循環タンク減圧用電空レギュレータ１３２とが配設されている。

ヘッドのメンテナンス部として、ヘッドユニット２０のノズル部２１のノズル面と対向する位置にキャップユニット１４０が配設されている。キャップユニット１４０は、キャップユニット１４０がヘッドユニット２０と当接してノズル部２１のノズル面を密閉するための上下動機構１４１を有するとともに、密閉空間からヘッド内のエアを吸引するための吸引用流路２７を介してメンテタンク３５に繋がっている。

吸引用流路２７には吸引用電磁弁１５０が配設されている。メンテタンク３５は、メンテ減圧エア配管１６３を介して減圧源１０２に接続されているとともに、大気開放エア配管１６６を介して大気に開放されるようになっている。メンテ減圧エア配管１６３の管路にはメンテ減圧用レギュレータ１０７とメンテタンク用電磁弁１５１とが配設されており、大気開放エア配管１６６の管路には大気開放電磁弁１５２が配設されている。

次に、図３を用いて、記録動作およびヘッドメンテナンス時の各部の動作、状態などについて説明を行なう。

まず、記録動作について説明する。初期状態では、インク供給用電磁弁１１２、ドレイン用電磁弁１１３、タンク間電磁弁１１６はいずれも閉止状態となっており、ヘッドユニット２０に通じるインク流路（インク供給流路２２およびドレイン流路２３）は完全に閉じられた状態となっている。

記録動作に入ると、インク供給用電磁弁１１２が開放され、インクタンク３１に所定の負圧が印加される。ここで、インクタンク３１内には、インク貯蔵体３６のインク吸収体の毛細管力による負圧が印加されている。この状態において、所定の記録信号に基づいてヘッドユニット２０がノズル部２１からインクを吐出することにより記録動作が行なわれる。ここで、インク袋３０内のインクの量は、インクタンク３１に設けられたタンク液量センサ１２０によりモニタされており、そのインク量が一定液量以下になると警告が発せられる。

記録動作が終了すると、インク供給用電磁弁１１２が閉止されて、初期状態に戻る。

次に、ヘッドユニット２０のプライム動作について説明する。この実施の形態の場合、インクタンク３１には加圧手段が設けられておらず、ヘッドユニット２０内のインクへの加圧によるプライム動作およびヘッドへのインク充填はできない。このため、ヘッドへのインク充填については、キャップユニット１４０を用いてノズル部２１のノズル面外部から吸引することで、ヘッドユニット２０の内部のインクにかかる圧力よりもノズル部２１のノズル面外部の圧力を低くする。これにより、相対的なヘッドユニット２０内部の圧力をノズル部２１のノズル面外部よりも高くして、インク充填を行なう。

プライム動作に入ると、ヘッドユニット２０が、図示されない移動機構によりキャップユニット１４０の対向位置まで移動される。メンテタンク用電磁弁１５１が閉止され、かつ、大気開放電磁弁１５２および吸引用電磁弁１５０が開放された状態で、上下動機構１４１を動作させてキャップユニット１４０をヘッドユニット２０のノズル部２１のノズル面に当接させ、ノズル部２１を密閉する。

その後、大気開放電磁弁１５２を閉止し、メンテタンク用電磁弁１５１およびインク供給用電磁弁１１２を開放することにより、メンテ減圧用レギュレータ１５３により予め設定された−３０ｋＰａの吸引圧力が上記密閉空間に印加される。ここで、メンテタンク３５にはメンテタンクフルセンサ１２５が設けられており、メンテタンク３５が満タンになると警告が発せられる。

上記動作により、ヘッドユニット２０内部のインクに所定の圧力が印加され、ノズル部２１からインクが排出されて目詰まりなどが解消される。

さらに、ヘッドへのインク充填動作について説明する。上記プライム動作と同様に、ヘッドユニット２０はキャップユニット１４０の対向位置まで移動される。メンテタンク用電磁弁１５１が閉止され、かつ、大気開放電磁弁１５２および吸引用電磁弁１５０が開放された状態で、上下動機構１４１を動作させてキャップユニット１４０をヘッドユニット２０のノズル部２１のノズル面に当接させ、ノズル部２１を密閉する。

次に、循環タンク減圧用レギュレータ１０８により予め設定しておいた−２０ｋＰａの負圧を循環タンク用電空レギュレータ１３１により−５ｋＰａに制御するとともに、加減圧切換電磁弁１１７を減圧エア配管１６１と連通する側に切り換えることにより、循環用タンク３７内に所定の負圧が印加される。

その後、大気開放電磁弁１５２を閉止し、メンテタンク用電磁弁１５１およびインク供給用電磁弁１１２を開放することにより、メンテ減圧用レギュレータ１５３により予め設定された−３０ｋＰａの吸引圧力が上記密閉空間に印加される。次いで、ドレイン用電磁弁１１３を開放する。ここで、循環用タンク３７には、循環用タンク液面センサ１２４が設けられており、循環用タンク３７が満タンになると警告が発せられる。

上記動作により、インクタンク３１からのインクをヘッドユニット２０に充填するとともに、インク供給流路２２におけるエアもしくはヘッドユニット２０内部のインク流路におけるエアを循環用タンク３７側に排出することができ、ヘッドユニット２１内部へのエア混入のないインク充填が可能である。

またさらに、インクタンク３１へのインク充填動作について説明する。インク貯蔵体３６内のインク量は、インクタンク３１に設けられたタンク液量センサ１２０によりモニタされており、そのインク量が一定液量以下になると、循環用タンク３７からインクタンク３１へインクを充填する動作が行なわれる。

初期状態において、加減圧切換電磁弁１１７が加圧エア配管１６０に連通する側に切り換えられ、タンク加圧用レギュレータ１０３により予め設定された５ｋＰａの圧力が循環用タンク３７に印加される。その後、タンク間電磁弁１１６が開放されて、循環用タンク３７内のインクがインク貯蔵体３６に充填される。

ここで、循環用タンク３７に設けられた循環用タンク液面センサ１２３により、循環用タンク３７のインクが空になったことがモニタされると、警告が発せられる。また、タンク液量センサ１２０により、インク貯蔵体３６内の液面が所定液量以上になったことがモニタされると、タンク間電磁弁１１６が閉止されて充填動作が終了する。

上記の各々の動作において、ヘッドユニット２０に繋がる電磁弁（インク供給用電磁弁１１２およびドレイン用電磁弁１１３）を開閉操作しており、この開閉操作による影響を以下に記載するダンパ部としてのエアダンパを用いることで軽減することができた。

この実施の形態において使用するエアダンパ４０について説明する。図７は図３のインクジェット記録装置において使用するエアダンパ４０の構造図である。
図７（ａ）に示すように、剛性のあるエアダンパボディ１２にインク入口４およびインク出口３が設けられており、インクはインク入口４を通ってダンパ室１３に流入する。ダンパ室１３は、ＰＩフィルムからなるダンパ膜１４により、エア室１５と分離されている。

電磁弁の開閉によるインク流路の容積変動が発生した場合、図７（ｂ）に示すようにダンパ膜１４が変形し、容積変動が吸収される。ここで、ダンパ膜１４の剛性をより低くすると、容積変動をよりいっそう吸収することが可能になるが、上記インク充填などのヘッド部への圧力変動により、ダンパ膜１４が塑性変形したり破れたりするなどの信頼性に関する問題が発生するため、この実施の形態では、ダンパ膜１４として２０μｍ厚さのＰＩフィルムを使用した。

この実施の形態において、ヘッドについては、実施の形態１と同様に、有効ノズル数３００ｃｈの圧電方式のインクジェットヘッドを用いた。そして、電磁弁開閉時の容積変動量が３４μｌのインク供給用電磁弁１１２を開閉した場合のヘッドユニット２０に繋がるインク出口３側の容積変動量を測定したところ、１μｌであった。また、開閉後の吐出安定性すなわち不吐の発生頻度を観察したが、３０回中１回の不吐も発生せず、安定した吐出であることが確認できた。

なお、この実施の形態では、ダンパ膜１４としてＰＩフィルムを使用したが、ダンパ膜１４にはパーフロロゴムなどのフッ素ゴムを使用しても構わない。

また、図８に示すように、エア室１５に大気開放口１６を設けるとともに、大気開放口１６に繋がる大気開放電磁弁１５４を配設することにより、エア室１５の圧力を大気圧に調整することができる構成になる。このような構成を用いることで、周囲温度もしくはインク温度の変化によるエア室１５の圧力変動を解消することが可能であり、より安定した吐出を実現することができる。

この実施の形態では、エアダンパ４０をインク供給流路２２に設けたが、エアダンパ４０は、ドレイン流路２３に設けてもよく、構成が複雑になるがインク供給流路２２およびドレイン流路２の両方に設けても構わない。

さらに、実施の形態１から３において、流路構成と電磁弁開閉時におけるインク流路容積変動量の軽減構成との組み合わせは、別々の組み合わせでもよい。エアダンパと実施の形態１における構成の電磁弁とを組み合わせることにより、さらなる電磁弁開閉時の容積変動量の影響をほぼ無視することが可能になる。

本発明の実施の形態１に係る記録ヘッドのインク流路およびこれを用いた液体記録装置の構成を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態２に係る記録ヘッドのインク流路およびこれを用いた液体記録装置の構成を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態３に係る記録ヘッドのインク流路およびこれを用いた液体記録装置の構成を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態１〜３に係るヘッドの構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る電磁弁の構造図である。 本発明の実施の形態２に係る電磁弁の構造図である。 本発明の実施の形態３に係るエアダンパの構造図である。 本発明の実施の形態３に係るエアダンパの他の構造図である。 従来のダイアフラムバルブの開閉構造を示す断面図である。 従来のピンチバルブの開閉構造を示す断面図である。

符号の説明

１．ダイアフラム
３．インク出口
４．インク入口
５．パッキン
２０．ヘッドユニット
２１．ノズル部
４０．エアダンパ
６５．圧力室
１０１．加圧源
１０２．減圧源
１１２．インク供給用電磁弁
１１３．ドレイン用電磁弁

Claims (4)

1. インクが収納されたインクタンクと、このインクタンクから供給されたインクを吐出して記録媒体上に記録を行う記録ヘッドと、この記録ヘッドから生じた廃液が収納される廃液タンクと、前記記録ヘッドおよび前記インクタンクに接続されて内部にインク供給流路を形成するインク供給流路形成管と、前記記録ヘッドおよび前記廃液タンクに接続されて内部にドレイン流路を形成するインク排出流路形成管と、前記インク供給流路形成管および前記インク排出流路形成管にそれぞれ設けられて前記インク供給流路および前記ドレイン流路の開閉もしくは切り換えの操作を行う操作弁とを備えてなり、
   前記記録ヘッドは、圧電方式のインクジェットヘッドからなるとともに、前記インクタンクから供給されたインクを収納するインク室と、このインク室に通じかつインクに加圧・減圧を施す圧力室と、この圧力室に通じかつインクを吐出するノズル部とを有してなり、
   前記操作弁は、前記インク供給流路に配設されたインク供給用電磁弁と、前記ドレイン流路に配設されたドレイン用電磁弁とを有してなり、
   前記操作弁および前記圧力室のうち少なくとも一方は、前記操作弁の操作の時に生じる前記インク供給流路および前記ドレイン流路の容積変動のうち前記記録ヘッドに伝播する容積変動の量を前記圧力室の総容積未満にするように構成されていることを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記操作弁は、インク入口と、インク出口と、インク入口およびインク出口に連通する内部流路と、内部流路の開閉もしくは切り換えの操作を行う操作部とを有してなり、その内部流路および操作部が、前記操作弁の操作の時に生じる前記インク供給流路および前記ドレイン流路の容積変動のうち前記記録ヘッドに伝播する容積変動の量を前記圧力室の総容積未満にするように構成されている請求項１記載のインクジェット記録装置。
3. 前記操作弁と前記記録ヘッドとの間に、前記操作弁の操作の時に生じる前記インク供給流路および前記ドレイン流路の容積変動のうち前記記録ヘッドに伝播する容積変動の量を吸収するためのダンパ部が設けられている請求項１または２記載のインクジェット記録装置。
4. ダンパ部は、インク入口と、インク出口と、インク入口およびインク出口に連通するダンパ室と、ダンパ室へのインク流入およびダンパ室からのインク流出を行うダンパ膜とを有してなり、そのダンパ室およびダンパ膜が、前記操作弁の操作の時に生じる前記インク供給流路および前記ドレイン流路の容積変動のうち前記記録ヘッドに伝播する容積変動の量を吸収するように構成されている請求項３記載のインクジェット記録装置。

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