JP4561255B2 - インクジェット記録ヘッド、インクジェット記録装置、およびインクジェット記録ヘッドのメンテナンス方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット記録ヘッド、インクジェット記録装置、およびインクジェット記録ヘッドのメンテナンス方法に関し、特に、ノズル抜けが生じたときに、速やかにブロック抜けを回復させることができ、しかも回復動作で生じる廃インク量を大幅に減らせるインクジェット記録ヘッド、インクジェット記録装置、およびインクジェット記録ヘッドのメンテナンス方法に関する。

印字方向に対して略平行または略直角に配設された複数の支流および前記支流が分岐する本流からなるインク供給流路と、前記インク供給流路の支流に沿ってマトリクス状に配置され、前記支流を介して供給されたインクを噴射する一群のノズルとを有する複数のブロックから構成されたインクジェット記録ヘッドは、印字方向に沿った寸法を大きくしたり、ノズルのピッチを小さくできる故に、印字面積を大きくしたいという要求や印字品質を向上させたいとする要求に容易に対応できる。

したがって、近年のインクジェットプリンタにおいては、前記タイプのインクジェット記録ヘッドが広く使用されている（特許文献１〜８）。
特開２０００−０２５２１８号公報 特開２００２−３６１８６７号公報 特開２００３−００１８２３号公報 特開２００１−２３２７９３号公報 特許第２８２１９２０号公報 特許第３０９０６９８号公報 特許第３１１４７６６号公報 特開平３−１６１３４５号公報 ところで、前記タイプのインクジェット記録ヘッドにおいては、あるブロックにおいて、インク供給流路を通って侵入した気泡によってノズルが塞がれ、ノズルからインクが吐出されない所謂ブロック抜けが生じることがある。

そして、ブロック抜けが生じたときには、インクジェット記録ヘッドにおいてノズルが開口したノズル面にキャップを被せて吸引を行ない、不吐出ノズルからインクを吸引することが広く行なわれている。

しかしながら、単にノズル面全体にキャップを被せて吸引を行っただけでは、ブロック抜けの生じていないブロックから優先的にインクが吸引されてしまい、ブロック抜けの生じたブロックがなかなか回復しない上、ブロック抜けの生じたブロックが回復するまで吸引を継続すると、廃インク量が増大し、インクの使用効率が低下するという問題がある。

ブロック毎に個別のキャップで吸引できるようにインクジェット記録ヘッドを構成すれば、これらの問題はなくなるが、前記構成のインクジェット記録ヘッドにおいては、キャップをするためのスペースをブロック間に設ける必要があるので、インクジェット記録ヘッドが大型化するという問題がある。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、ノズル抜けが生じたときに、速やかにブロック抜けを回復させることができ、しかも回復動作で生じる廃インク量を大幅に減らせるインクジェット記録ヘッド、前記インクジェット記録ヘッドを備えるインクジェット記録装置、およびインクジェット記録ヘッドのメンテナンス方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、支流および前記支流の両端を連通する１対の本流からなるインク供給流路と、前記インク供給流路の支流を介してインクが供給されるマトリクス状に配置された一群のノズルと、を有するブロックを複数備えるインクジェット記録ヘッドと、前記インクジェット記録ヘッドの各ブロックについて設けられ、前記ブロックの一方の本流からインク供給流路にインクを導入するインク導入流路と、前記インクジェット記録ヘッドの各ブロックについて設けられ、前記インク供給流路の他方の本流を通して前記ブロック内のインクを外部に導出する開閉可能なインク導出流路と、インクが貯留されるインク貯留タンクと、前記インク貯留タンク内のインクをポンプで循環させるインク循環流路と、を有し、前記インクジェット記録ヘッドにおける各ブロックは、前記インク導入流路とインク導出流路とを介して前記インク循環流路に接続され、前記インク循環流路におけるインク導入流路とインク導出流路との間の部分と、各ブロックのインク導出流路とが開閉可能とされているとともに、印字時においては、インク導出流路を閉じ、インク導入流路を通して各ブロックにインクを供給し、 ノズルからインクが吐出されないブロック抜けが少なくとも１個のブロックにおいて生じたときは、少なくとも前記ブロック抜けが生じたブロックにおいて、インク導出流路を開くと共に、前記インク循環流路におけるインク導入流路とインク導出流路との間の部分を閉止してインク循環を行い、次いで前記インク導入流路または前記インク導出流路を閉じ、前記ブロックのノズルを吐出側から吸引して吸引メンテナンスを行なうことを特徴とするインクジェット記録装置に関する。

前記インクジェット記録装置においては、前記インクジェット記録ヘッドのあるブロックにおいてブロック抜けが生じたときは、前記ブロックのインク導出流路を開き、前記ブロックにおいて、インク導入流路からインク供給流路を通過してインク導出流路に至るインク流を形成させる。これによってインク循環を行ない、インク供給流路内部に溜まった気泡を、インク導出流路を通して前記ブロック外部に押し出す。インク供給流路内部の気泡が外部に追い出されたら、吸引メンテナンスを行ない、各ノズルに溜まった気泡を除去する。

したがって、インク循環時にインク導出流路から導出されるインクを回収するようにすれば、廃インクとして失われるインクは、吸引メンテナンス時にノズルの開口側から気泡と共に吸引されるインクのみであるから、廃インク量を大幅に減少させることができる。

請求項１に記載の発明は、請求項２に記載のインクジェット記録装置において、前記ブロック抜けが生じたブロックにおいてのみ、インク導出流路を開いてインク循環および吸引メンテナンスを行なうインクジェット記録装置に関する。

前記インクジェット記録装置においては、実際にブロック抜けが生じたブロックについてのみ、インク循環および吸引メンテナンスを行なうから、吸引メンテナンスで生じる廃インクの量を大幅に減少させることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のインクジェット記録装置において、インクが貯留されるインク貯留タンクと、前記インク循環タンク内のインクをポンプで循環させるインク循環流路とを有するとともに、インクジェット記録ヘッドは、前記インク導入流路とインク導出流路とを介して前記インク循環流路に接続されてなるインクジェット記録装置に関する。

前記インクジェット記録装置においては、インクジェット記録ヘッドの各ブロックにおいてインク循環を行なう場合には、インク循環を行なおうとするブロックについてのみ前記操作をおこなうので、インク循環で失われる廃インクの量を更に小さくできる。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載のインクジェット記録装置において、前記ブロック抜け検出手段においてブロック抜けを検出したブロックについてインク供給流路内のインク循環および吸引メンテナンスを行なうインクジェット記録装置に関する。

前記インクジェット記録装置においては、ブロック抜け検出手段によってブロック抜けを自動的に検出しているから、ユーザが、ブロック抜けが生じたことに気がつかずに印字を続行して画質欠陥のあるプリントが大量に作製されることが防止できる。

また、ブロック抜け検出手段はインクジェット記録ヘッドとは別体に設けられているから、前記インクジェット記録装置は、構成の柔軟性が高い。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか１項に記載のインクジェット記録装置において、インク供給流路内のインクを循環させるブロックにおいては、ノズルを密閉してからインク循環させるインクジェット記録装置に関する。

前記インクジェット記録装置においては、ノズルを密閉してからインク循環を行なっているので、インク循環中にノズル開口部からインクが漏れることがない。

以上説明したように、本発明によれば、ノズル抜けが生じたときに、速やかにブロック抜けを回復させることができ、しかも回復動作で生じる廃インク量を大幅に減らせるインクジェット記録ヘッドおよびそのメンテナンス方法、および前記インクジェット記録ヘッドを備えるインクジェット記録装置が提供される。

１．実施形態１
本発明に係るインクジェット記録装置の一例であるインクジェットプリンタおよび前記インクジェットプリンタに使用されるインクジェット記録ヘッドにつき、以下に説明する。

実施形態１に係るインクジェットプリンタ２００は、図１に示すように、１または２以上のインクジェット記録ヘッド１００を搭載するキャリッジ１０４と、キャリッジ１０４を主走査方向Ｍに沿って走査する主走査機構１０６と、記録媒体としての記録紙Ｐを副走査方向Ｓに沿って走査する為の副走査機構１０８、及びメンテナンスステーション１１０等を有している。

インクジェット記録ヘッド１００は、ノズル１０が形成されたノズルプレート２１が記録用紙Ｐと対向するようにキャリッジ１０４上に搭載され、主走査機構１０６によって主走査方向Ｍに沿って移動しながら記録用紙Ｐに対してインク滴を吐出することにより、一定のバンド領域ＢＥに対して画像の記録を行う。主走査方向への１回の移動が終了すると、副走査機構１０８によって記録用紙Ｐが副走査方向Ｓ、換言すれば印字方向Ｓに沿って搬送され、再びキャリッジ１０４を主走査方向Ｍに移動させながら次のバンド領域ＢＥを記録する。こうした動作を複数回繰り返すことにより、記録用紙Ｐの全面にわたって画像記録を行うことができる。

なお、インクジェット記録ヘッド１００を、副走査方向Ｍ方向の寸法が記録用紙Ｐの巾よりも大きくなるように構成すれば、画像記録時に副走査方向Ｍに沿って走査を行なう必要がないから、主走査機構１０６を省略できる。

インクジェット記録ヘッド１００は、図２に示すように４つの記録ヘッドブロック１００Ａ〜１００Ｄから構成されている。記録ヘッドブロック１００Ａ〜１００Ｄは、本発明におけるブロックに相当する。尚、図２において矢印Ｓは印字方向を示す。

インクジェットプリンタ２００は、夫々のインクジェット記録ヘッド１００にインクを循環、供給するインク循環管路５０を有する。インク循環管路５０は、本発明のインクジェット記録装置におけるインク循環流路に相当する。図６に示すように、インクジェット記録ヘッド１００が２以上あるときは、各インクジェット記録ヘッド１００は、インク循環管路５０に並列に接続されている。

インク循環管路５０にはポンプＰおよびサブタンク５２が介装され、ポンプＰによってインクが矢印ａの方向に循環する。サブタンク５２にはメインタンク５４からインクが供給される。

インクジェット記録ヘッド１００の各記録ヘッドブロック１００Ａ〜１００Ｄは、インク導入管路４０およびインク導出管路４２を介し、インクの循環方向ａに沿ってインク循環管路５０におけるポンプＰの下流側に接続されている。インク導入管路４０およびインク導出管路４２は、夫々本発明におけるインク導入流路およびインク導出流路に相当する。

インク導入管路４０は、記録ヘッドブロック１００Ａ〜１００Ｄの夫々にインクを導入する流路であり、フィルタＦが介装されている。インク導出管路４２は、記録ヘッドブロック１００Ａ〜１００Ｄの夫々からインクが導出される流路であり、弁Ｖ２が介装された開閉可能な流路である。インク循環管路５０における記録ヘッドブロック１００Ａに連通するインク導入管路４０とインク導出管路４２との間の部分には、弁Ｖ１が介装されている。記録ヘッドブロック１００Ｂ〜記録ヘッドブロック１００Ｄについても同様である。

各記録ヘッドブロック１００Ａ〜１００Ｄにおいては、図２および図３に示すように、ノズル１０が印字方向Ｓに沿って６列に配置され、各ノズル列においてはノズル１０が８個配列されている。したがって、８個×６列＝４８個のノズル１０がマトリクス状に配列されている。

各記録ヘッドブロック１００Ａ〜１００Ｄにおいては、ノズル１０の形成する６列のノズル列に沿って支流１９Ｂが６本配設されている。各支流１９Ｂの両端は１対の本流１９Ａによって連通され、本流１９Ａと支流１９Ｂとによりインク供給流路２０が形成されている。前記１対の本流１９Ａのうち、一方にはインク導入管路４０が、他方にはインク導出管路４２が接続されている。

インクジェット記録ヘッド１００の内部には、図２〜図４に示すように、ノズル１０に対応する位置に圧力室１４が形成されている。尚、図４において（Ａ）は、図３に示す平面Ａ−Ａに沿って切断した断面の一部を示し、（Ｂ）は、図３に示す平面Ｂ−Ｂに沿って切断した断面の一部を示す。ノズル１０と圧力室１４とはノズル連通室１２によって連通され、各圧力室１４は、平面方向連通路１６と厚さ方向連通路１８とによって支流１９Ｂに連通している。したがって、ノズル１０は、ノズル連通室１２、圧力室１４、平面方向連通路１６、および厚さ方向連通路１８を介して支流１９Ｂに連通している。支流１９Ｂと前記支流１９Ｂに連通する各圧力室１４との間には、ダンパー室１７が形成されている。

インクジェット記録ヘッド１００は、図４および図５に示すように、ノズルプレート２１、インク供給流路プレート２２、ダンパープレート２４、ダンパー室プレート２３、スルー孔プレート２５、連通路プレート２６、圧力室プレート２８、および振動板３０がこの順に積層されて形成されている。更に、振動板３０の外側の面にはプレート状の圧電アクチュエータ（図示せず。）が、各圧力室１４に対応する位置に接着されている。ノズルプレート２１にはノズル１０が形成され、インク供給流路プレート２２は、４つの記録ヘッドブロック１００Ａ〜１００Ｄのそれぞれに対応する本流１９Ａおよび支流１９Ｂ，即ちインク供給流路２０が形成されている。ダンパー室プレート２３にはダンパー室１７が、連通路プレート２６には平面方向連通路１６が、圧力室プレート２８には圧力室１４が形成されている。なお、厚さ方向連通路１８は、インク供給流路プレート２２、ダンパープレート２４、ダンパー室プレート２３、スルー孔プレート２５、連通路プレート２６を連通するように形成されている。

インクジェット記録ヘッド１００は、以下の作製手順に従って作製できる。

先ず、ノズルプレート２１〜圧力室プレート２８を積層して接着する。ついで、圧力室プレート２８からノズル連通室１２を通してノズルプレート２１に向かってエキシマレーザを照射してノズル１０を開口させる。ノズル１０が開口したら、圧力室２８に振動板３０を接着して圧力室１４を閉じる。最後に、振動板３０の表側の面における圧力室１４に対応する位置に圧電プレート（図示せず。）を接着し、必要な電気配線を行なってインクジェット記録ヘッド１００が完成する。

インクジェット記録ヘッド１００の作用について以下に説明する。

インクジェット記録ヘッド１００において、記録ヘッドブロック１００Ａ〜１００Ｄの何れにもブロック抜けが生じず、全てのノズル１０から正常にインクが噴射されているときは、図７に示すように、インク循環管路５０において全ての弁Ｖ１が開成され、同時に全ての弁Ｖ２は閉止されている。なお、図７および図８において、弁Ｖ１およびＶ２のうち、閉止されたものについては、斜線を付して示す。

したがって、全ての記録ヘッドブロック１００Ａ〜１００Ｄにおいてインク導出管路４２は閉じた状態にあるから、ポンプＰから送出されたインクは、インク循環管路５０を矢印ａの方向に循環すると同時に、その一部が矢印ａ´で示すようにインク導入管路４０を通って各記録ヘッドブロック１００Ａ〜１００Ｄに供給される。ここで、インク導出管路４２は閉じているから、各記録ヘッドブロック１００Ａ〜１００Ｄに供給されたインクは、インク供給流路２０の本流１９Ａおよび支流１９Ｂ、厚さ方向連通路１８、平面方向連通路１６、圧力室１４を経由してノズル連通室１２に至り、圧電アクチュエータに印加される画像信号に従ってノズル１０から噴射される。

一方、たとえば記録ヘッドブロック１００Ａでブロック抜けが検知されると、図８に示すように、記録ヘッドブロック１００Ａに連通するインク導入管路４０およびインク導出管路４２の間に位置する弁Ｖ１が閉止し、記録ヘッドブロック１００Ａに連通するインク導出管路４２の弁Ｖ２が開成される。なお、記録ヘッドブロック１００Ａ〜１００Ｄにおけるブロック抜けについては、適宜のブロック抜け検出手段によって自動的に検出するようにしてもよく、オペレータの操作によって特定のテストパターンを印刷させ、印刷されたテストパターンの色抜けなどからオペレータがブロック抜けの有無を判定するようにしてもよい。

したがって、記録ヘッドブロック１００Ａにおいては、矢印ｂに示すように、インク循環管路５０を循環するインクの全量がインク導出管路４２を経由してインク供給流路２０に導入され、インク導入管路４０を経由してインク循環管路５０に戻る。

これにより、記録ヘッドブロック１００Ａにおいては、図９において矢印で示すように、インク導出管路４２からインク導出側の本流１９Ａを経由して６本の支流１９Ｂ全てを通過し、インク導入側の本流１９Ａからインク導入管路４０に至るインク流が生じ、インク循環が行なわれる。これによって、本流１９Ａおよび支流１９Ｂに残存する気泡はインク導入管路４０からインク循環管路５０に押し出されて除去される。

但し、厚さ方向連通路１８、平面方向連通路１６、圧力室１４、ノズル連通室１２に入り込んだ気泡は、前記の方法では除去が困難な場合があるが、このような気泡は、図１０に示すように、インクジェット記録ヘッド１００のノズル１０が形成された側の面、即ちノズル面に吸引キャップ１２０を被せて吸引する吸引メンテナンスを行なうことにより、容易に除去できる。

なお、ブロック抜けの生じていない記録ヘッドブロック１００Ｂ〜１００Ｄにおいては、矢印ａ´で示すようにインク循環管路５０を循環するインクの一部がインク導入管路４０を通って導入され、印字が継続される。

実施形態１に係るインクジェット記録ヘッド１００においては、ブロック抜けが生じた記録ヘッドブロックにおいては、インク循環管路５０を切り替えてインク導出管路４２からインク供給流路２０の導出側の本流１９Ａにインクを導入してインク循環を行なうから、本流１９Ａおよび支流１９Ｂに溜まっていた気泡が効果的に除去できるうえ、インク導出管路４２から導入されたインクは、殆ど全てインク導入管路４０からインク循環管路５０に戻される。

したがって、本流１９Ａおよび支流１９Ｂに溜まった気泡を除去する際に廃インクが生じることはなく、吸引キャップ１２０を通した吸引によって厚さ方向連通路１８、平面方向連通路１６、圧力室１４、ノズル連通室１２に入り込んだ気泡を除去する際に廃インクが生じるのみである。

また、ブロック抜けが生じた記録ヘッドブロックにおいてのみ流路切替および吸引を行なうから、ブロック抜けを生じていない他の記録ヘッドブロックにおいては廃インクが生じることがない。

したがって、インクジェット記録ヘッド１００を備えるインクジェットプリンタ２００においては、ブロック抜けが生じたときに回復動作を行っても、これまでのインクジェットプリンタほどインクの無駄が生じることはない。

図１は、実施形態１に係るインクジェットプリンタの構成を示す斜視図である。 図２は、図１に示すインクジェットプリンタの備えるインクジェット記録ヘッドの構成を示す概略平面図である。 図３は、図２に示すインクジェット記録ヘッドのノズル配置と本流、支流との相対的な位置関係を、１つの記録ヘッドブロック分だけ示す拡大平面図である。 図４は、図２に示すインクジェット記録ヘッドを、図３における平面Ａ−Ａおよび平面Ｂ−Ｂに沿って切断した断面の一部を示す断面図である。 図５は、図２に示すインクジェット記録ヘッドの組立てを示す分解者静である。 図６は、図１に示すインクジェットプリンタの備えるインク循環管路の構成を示す概略配管図である。 図７は、インクジェット記録ヘッドの何れのインクジェット記録ヘッドにおいてもノズル抜けが生じていないときのインクの流れを示す概略図である。 図８は、インクジェット記録ヘッドの記録ヘッドブロックのうち、１つのインクジェット記録ヘッドにおいてノズル抜けが生じたときのインクの流れを示す概略図である。 図９は、インク循環を行なっているときの記録ヘッドブロック内のインクの流れを示す概略図である。 図１０は、吸引メンテナンスに使用される吸引キャップの構成を示す概略斜視図である。

符号の説明

１０ ノズル
１９Ａ 本流
１９Ｂ 支流
２０ インク供給流路
４０ インク導入管路
４２ インク導出管路
５０ インク循環管路
１００ インクジェット記録ヘッド
１００Ａ 記録ヘッドブロック
１００Ｂ 記録ヘッドブロック
１００Ｃ 記録ヘッドブロック
１００Ｄ 記録ヘッドブロック
１２０ 吸引キャップ
２００ インクジェットプリンタ

Claims (4)

1. 支流および前記支流の両端を連通する１対の本流からなるインク供給流路と、前記インク供給流路の支流を介してインクが供給されるマトリクス状に配置された一群のノズルと、を有するブロックを複数備えるインクジェット記録ヘッドと、
   前記インクジェット記録ヘッドの各ブロックについて設けられ、前記ブロックの一方の本流からインク供給流路にインクを導入するインク導入流路と、
   前記インクジェット記録ヘッドの各ブロックについて設けられ、前記インク供給流路の他方の本流を通して前記ブロック内のインクを外部に導出する開閉可能なインク導出流路と、
   インクが貯留されるインク貯留タンクと、
   前記インク貯留タンク内のインクをポンプで循環させるインク循環流路と、
   を有し、
   前記インクジェット記録ヘッドにおける各ブロックは、前記インク導入流路とインク導出流路とを介して前記インク循環流路に接続され、前記インク循環流路におけるインク導入流路とインク導出流路との間の部分と、各ブロックのインク導出流路とが開閉可能とされているとともに、
   印字時においては、インク導出流路を閉じ、インク導入流路を通して各ブロックにインクを供給し、
   ノズルからインクが吐出されないブロック抜けが少なくとも１個のブロックにおいて生じたときは、少なくとも前記ブロック抜けが生じたブロックにおいて、インク導出流路を開くと共に、前記インク循環流路におけるインク導入流路とインク導出流路との間の部分を閉止してインク循環を行い、次いで前記インク導入流路または前記インク導出流路を閉じ、前記ブロックのノズルを吐出側から吸引して吸引メンテナンスを行なう
   ことを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記ブロック抜けが生じたブロックにおいてのみ、インク導出流路を開いてインク循環および吸引メンテナンスを行なう請求項１に記載のインクジェット記録装置。
3. ブロック抜けを検出するブロック抜け検出手段を備えてなり、前記ブロック抜け検出手段においてブロック抜けを検出したブロックについて、インク供給流路内のインク循環および吸引メンテナンスを行なう請求項１または２に記載のインクジェット記録装置。
4. インク供給流路内のインクを循環させるブロックにおいては、ノズルを密閉してからインク循環させる請求項１〜３の何れか１項に記載のインクジェット記録装置。

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