JP4667751B2 - 液吐出装置及びインクジェット記録装置 - Google Patents
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そこで、液吐出前あるいは液吐出後に制御されたタイミングで送液ポンプから液をヘッドに強制的に送出し、ヘッド内部にある液や気泡をノズルから外部へ強制的に排出しヘッド機能回復動作を行う必要がある。このような、ヘッド機能回復動作においては強制的に排出された液が無駄に廃棄されるため、この液を別途設けた液タンクへ回収し、再び液吐出ヘッドに供給するようにした液吐出装置が特許文献1に開示されている。
この従来例は液吐出装置の応用例の一つであるインクジェットヘッドプリンタの例である。即ち、インクジェットヘッドの機能回復動作に使用したインクを新品のインクカートリッジとは異なる別のタンクへ回収し、前記新品のインクカートリッジから供給される新品のインクと該タンクで混合し、再度インクジェットヘッドへ供給する循環型のインク供給システムを有したインクジェットプリンタの例である。
このインクジェットヘッドはインク吐出を行うために、電気熱変換体で記録情報に対応して膜沸騰を生じさせてインク内に気泡を形成しインクを吐出するものである。この時、インクを吐出させるためのヒータ等による熱エネルギーの一部はインク滴の吐出によってヘッド外部へ排出されるが、残ったエネルギーがインク吐出ヘッド内に蓄熱して吐出ヘッドの温度が上昇しインクが加熱されて粘度が低下する。
インクの粘度が低下すると、より多くのインクが吐出する。つまり、印字枚数の増加に伴いヘッドの温度が上昇しインクが加熱される。結果としてインクの粘度が低下し吐出するインクの量が増加し徐々に画像濃度が増大していく問題があった。
この問題を解決するために、プリントヘッドにインク供給経路を設けて印字中にヘッドへインクを供給すると共に、印字によって加熱されたヘッドを、インクを冷媒として冷却するインクジェットプリント装置が特許文献2に提案された。
インク吐出に伴ってインクジェットヘッドの温度が上昇し、インク滴吐出特性が変動することを解決するために、ピエゾ素子で駆動される振動板に放熱作用を有する放熱機能部を一体形成したこの従来例では、振動板に放熱作用を持たせているので、材料制限や形状制限がありヘッド設計の自由度が低下する。
このように回収されるインクの温度が上昇すると、結果としてインクタンク内のインクの温度は上昇する。インク温度が上昇するとインクの粘度が低下するためインクの吐出量が増加し、印刷時間が長時間になるにつれて徐々に印字濃度が濃くなるといった問題があった。
この問題を解決するために上記特開2000−255048公報に開示されているように、循環しているインクを冷媒として連続印字動作によって発熱したインクジェットヘッドを冷却し、そのインク供給経路を冷却流路と兼用する構成が提案された。
このことは、ヘッドへ供給されるインクの温度が徐々に上昇する長時間連続駆動時における印字特性の劣化の原因となっていた。このような劣化の程度は多数のノズルが高密度に分布しているライン型に代表される長尺のインクジェットにおいてはより一層顕著になる。
本発明は、上記のような従来の問題点を解決し、ヘッドサイズが大きく発熱量が増加している条件で、長時間連続印字を行ってもヘッドへ供給するインクの温度の上昇を抑制でき安定した印字特性が得られる液吐出装置及びインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
液供給源から供給される液を一時的に貯蔵するサブタンクと、
該サブタンクから供給される液を吐出する液吐出ヘッドと、
前記液吐出ヘッドからヘッド機能回復動作で吐出される液を回収する回収容器と、
前記回収容器からサブタンクへ至る液回収経路と、
前記液回収経路中に設けられた、前記回収容器から前記サブタンクへ前記回収された液を送るポンプと、
前記液回収経路中の前記ポンプと前記サブタンクとの間で、かつ、前記サブタンクの近傍に設けられた、前記液回収経路中の液を冷却する冷却手段と、を備えた
構成とした。
ここで、
前記冷却手段は前記液回収経路の一部を兼ねる放熱部であり、
前記放熱部は、前記液回収経路の一部を兼ねる屈曲した金属製の配管部材に、金属製のベース板及びフィン状に複数配列された金属製の放熱板が接触されて、前記金属製の配管部材を流れる前記回収された液を自然冷却し、
前記液回収経路の放熱部以外の部分は樹脂製の配管部材で形成されている
構成とできる。
本発明に係るインクジェット記録装置は、本発明に係る液吐出装置を備えたものである。
液吐出ヘッドとしては、例えば液体レジストを液滴として吐出する液吐出装置やDNAの試料を液滴として吐出する液吐出装置や導電性物を含んだ液を吐出して電気配線を形成する液吐出装置などがあるが、主としてインクジェットプリンタの例で説明を行う。
図1に示すように、未使用のインクが充填されたインクカートリッジ1と、前記インクカートリッジ1から供給されたインクを一時的に貯蔵するサブタンク2と、記録媒体などに文字を含む画像形成を行うためのインクジェットヘッド(液吐出ヘッド)3を有している。
ここでインクジェットヘッド3はインクの膜沸騰の気泡を吐出力とするサーマル方式や圧電素子の伸縮を利用したピエゾ方式、静電力により振動板を吸引させその反発力でインクを吐出させる静電方式等の種々の駆動方式があるが、ここではサーマル方式を用いた例を説明する。
インクジェットヘッド3は、A4サイズの用紙に印字できるフルライン型のインクジェットヘッドである。未使用のインクが充填されたインクカートリッジ1とサブタンク2との間にはインク送液ポンプ7が設けられ、サブタンク2とバッファタンク6との間にもインク送液ポンプ8が設けられている。ここで、バッファタンク6はインク送液ポンプ8の圧力変動を吸収し一定の圧力でインクをインクジェットヘッド3へ送液するためのものである。
サブタンク2内にはサブタンク2の内部2aと大気とを連通させる大気開放口10が設置されている。インクジェットヘッド3の片端部にはインクを冷却するための冷却手段51を経てサブタンク2が配管で接続されている。もう一つの端部にはバッファタンク6が配管で接続されている。
インクジェットヘッド3と対峙した位置に、インク吐出機能回復動作でインクをノズルから強制的に吐出させたときにインクをサブタンク2へ回収するインク回収容器11が設置されており、途中、サブタンク2とインク回収容器11の間に回収用ポンプ12とインクを冷却するための冷却手段50が設けられている。特に、冷却手段50は回収用ポンプ12とサブタンク2との間に設けられているため、ヘッド機能回復動作中にヘッド3ばかりでなく回収用ポンプ12で発熱上昇したインクも冷却することが可能となる。
次にヘッド機能回復動作が行われる。この動作では、サブタンク2からインク送液ポンプ8によってバッファタンク6を経由してインクジェットヘッド3の片方の供給口からヘッド内部へインクを強制的に送液する(矢印C1)。ヘッド内部に強制的に送液されたインクはノズルから強制的に吐出されるので、ノズルに付着したごみやインク固化物やノズル内部にある気泡が排出される。
ノズルから強制的に吐出されたインクはインク回収容器11で回収し、回収ポンプ12でサブタンクへ回収される(矢印C3)。一方、インクジェットヘッド3の他端部からもヘッド内部の空気やインクが排出されサブタンク2へ回収される(矢印C2)。この様にしてインクジェットプリンタが印字スタンバイの状態になる。
画像を印字する時にはインクジェットヘッド3へサブタンク2からインクが供給される(矢印B)。印字によってインクが消費され、サブタンク2内のインク残量が少なくなると、インク送液ポンプ7を用いてインクカートリッジ1から未使用のインクがサブタンク2へ供給される。途中、印字品質を一定レベルに維持するため、ヘッド機能回復動作が決められたタイミングで実施される。
このヘッド機能回復動作時(C3の流れ)にはインクジェットヘッド3は発熱しているので、インク回収容器11で回収されたインクの温度は印字開始時よりも上昇しているため、インク冷却手段50によって冷却された後にサブタンク2へ回収される。もう一つのインク回収手段経路(C2の流れ)でも同様にインク冷却手段51を通過するまではインクの温度が初期値より上昇しているので、インク冷却手段51によって冷却されてサブタンク2へインクは回収される。
このようにサブタンク2へ回収される全てのインク経路にインク冷却手段50、51を設けることで、回収インクによるサブタンク内のインク温度の上昇が抑制される。
ここで、アルミニウムの配管部材500bは信頼性を確保するためにインクと接触する部分を、インクに対して耐腐食性を有する材料で被覆しておいた。インク冷却の効果を確認するために、印字途中に行われるヘッド機能回復動作で回収されたインク温度とインク冷却部500を経たインク温度の温度差をインク配管に挿入したサーミスタで測定した。
印字動作でインク温度が印字前の初期温度よりも昇温したインクがインク冷却部500に流入するとベース板500aと放熱板500cで放熱され、インクの温度は約10℃低下することが確認された。同様に別の回収経路に設けたインク冷却手段51でもインクの温度差を測定したところ同様に約10℃低下することが確認された。
このようにインク循環経路やインク回収経路にインク冷却手段51、50を設けることで、長時間に亘る印字動作で発熱したヘッドからインクを回収してもサブタンク2内のインクの温度は上昇することはなかった。つまり、長時間の連続印字で度重なるヘッド回復動作が行われてもインク温度は上昇せず、インク粘度の低下によって印字濃度が濃くなるといった不具合は発生しなかった。
一方、比較のためインク冷却機構を設けなかった従来の構成の場合は、長時間の連続印字動作によって回収されたインクの温度上昇に伴って、インク粘度が低下し印字濃度が徐々に濃く変化するといった不具合を生じた。尚、本実施例では各色のインク供給系に別々の冷却部を設けたが、各色の回収インクを一つの冷却手段で行っても何ら問題はない。
本実施例は、ヘッド機能回復時に図2のインク回収容器11で回収したインク経路(C3)とインクジェットヘッド3へ送液してヘッド内部を循環して回収するインク経路(C2)に一つの共用タイプのインク冷却手段60を設けたものである。この場合は、回収されるインク経路毎に別々にインク冷却部を設ける必要がないので、構成が簡単となりコストダウンを図ることができる。
実施例2に用いたインク冷却手段について説明する。ここでは実施例1で用いた図5(a)、(b)記載のインク冷却手段を用いたので説明は省略するが、冷却効率を上げるために、放熱板500cを図6記載の送風機401で強制冷却する構造を採用した。
ここでインク冷却の効果を確認するために、印字途中に行われるヘッド機能回復動作で回収されたインク温度とインク冷却部500を経たインク温度の温度差をインク配管に挿入したサーミスタで測定した。印字動作でインク温度が印字前の初期温度よりも昇温したインクがインク冷却部500に流入すると、ベース板500aと放熱板500cで放熱され、インクの温度は15℃低下することが確認された。
つまり、2つの系統のインクを回収して発熱量が大きくなったにもかかわらず温度低下が実施例1よりも大きくなったのは冷却用ファンの効果によるものである。このようにインク循環経路やインク回収経路に冷却手段60を設けることで、長時間に亘る印字動作で発熱したヘッドからインクを回収してもサブタンク2内のインクの温度は上昇することはなかった。つまり、長時間の連続印字で度重なるヘッド回復動作が行われてもインク温度は上昇せず、インク粘度の低下によって印字濃度が濃くなるといった不具合は発生しなかった。
一方、比較のためインク冷却機構を設けなかった従来の構成の場合は、長時間の連続印字動作によって回収されたインクの温度の上昇に伴って、インク粘度が低下し印字濃度が徐々に濃く変化するといった不具合を生じた。尚、本実施例では各色のインク供給系に別々の冷却部を設けたが、各色の回収インクを一つの冷却手段で冷却しても何ら問題はない。
本実施例では、インク冷却部50をヘッド機能回復時にインク回収容器11で回収したインク経路(C3)に形成した。ここでインク冷却を図5(a)に示す放熱板500cによる自然冷却で行い、ヘッド機能回復動作で回収されたインク温度とインク冷却部500を経たインク温度の温度差をインク配管に挿入したサーミスタで測定した結果、インクの温度は10℃低下することが確認された。
このようにインク回収経路にインク冷却手段50を設けることで、長時間に亘る印字動作で発熱したヘッドからインクを回収してもサブタンク2内のインクの温度は上昇することはなかった。つまり、長時間の連続印字で度重なるヘッド回復動作が行われてもインク温度の上昇は見られず、インク粘度の低下が原因で発生する印字濃度の上昇といった不具合は発生しなかった。
尚、本実施例では各色のインク供給系に別々の冷却部を設けたが、各色の回収インクを一つの冷却手段で行っても何ら問題は無なかった。このように、インク冷却手段50をヘッド機能回復時にインク回収容器11で回収したインク経路(C3)にのみ形成した場合でも十分な効果がみられた。
本実施例はヘッド機能回復時に、インクジェットヘッド3へインクを送液してヘッド内部を循環して回収するインク経路(C2)にインク冷却手段60を形成した例である。ここでインク冷却を図5(a)に示す放熱板500cによる自然冷却で行い、ヘッド機能回復動作で回収されたインク温度とインク冷却部500を経たインク温度の温度差をインク配管に挿入したサーミスタで測定した結果、インクの温度は10℃低下することが確認された。
このようにインク回収経路にインク冷却手段60を設けることで、長時間に亘る印字動作で発熱したヘッド3からインクを回収してもサブタンク2内のインクの温度は上昇することはなかった。つまり、長時間の連続印字で度重なるヘッド回復動作が行われてもインク温度の上昇は見られず、インク粘度の低下が原因で発生する印字濃度の上昇といった不具合は発生しなかった。
尚、本実施例では各色のインク供給系に別々の冷却手段を設けたが、各色の回収インクを一つの冷却手段で行っても何ら問題は無なかった。このように、ヘッド機能回復時にヘッド内部を循環して回収するインク経路(C2)にのみインク冷却手段60を形成した場合でも十分な効果がみられた。
インク冷却手段60であるインク冷却部700は、有機樹脂系材料の配管701よりも熱伝導率が高いアルミニウムベース板700aとアルミニウム放熱板700cで構成されており、インクの冷却は配管701を放熱板700cが形成されたアルミニウムベース板700aに接触させて放熱し易くすることで行った。配管700をベース板700aの外面に配置した点が特徴的である。
冷却の効果を確認するために印字途中に行われるヘッド機能回復動作で回収されたインク温度とインク冷却部700を経たインク温度の温度差を配管に挿入したサーミスタで測定した。印字動作でインク温度が印字前の初期温度よりも昇温したインクがインク冷却部700に流入するとベース板700aと放熱板700cで放熱され、インクの温度は約10℃低下することが確認された。
このようにインク循環経路やインク回収経路にインク冷却手段60であるインク冷却部700を設けることで、長時間に亘る印字動作で発熱したヘッド3からインクを回収してもサブタンク2内のインクの温度は上昇することはなかった。つまり、長時間の連続印字で度重なるヘッド回復動作が行われてもインク温度は上昇せず、インク粘度の低下によって印字濃度が濃くなるといった不具合は発生しなかった。
一方、比較のためインク冷却機構を設けなかった従来の構成の場合は、長時間の連続印字動作によって回収されたインクの温度の上昇に伴って、インク粘度が低下し印字濃度が徐々に濃く変化するといった不具合を生じた。尚、本実施例では各色のインク供給系に別々の冷却部を設けたが、各色の回収インクの冷却を一つの冷却手段で行っても何ら問題はない。
インク冷却手段60であるインク冷却部800は、サブタンク2とインク回収容器11へ接続された有機樹脂配管802と、インクジェットヘッド3とサブタンク2へ接続された有機樹脂配管803とが、熱伝導率の高い金属板であって装置本体を構成している金属筐体801に接触し放熱することにより冷却を行う構成である。
冷却の効果を確認するために、印字途中に行われるヘッド機能回復動作で回収された配管内のインク温度とインク冷却部800を経た配管内のインク温度の温度差を配管に挿入したサーミスタで測定した。印字動作でインク温度が印字前の初期温度よりも昇温したインクがインク冷却部800に流入すると装置の金属筐体801で放熱され、インクの温度は約10℃低下することが確認された。
このようにインク循環経路やインク回収経路にインク冷却手段60であるインク冷却部800を設けることで、長時間に亘る印字動作で発熱したヘッド3からインクを回収してもサブタンク2内のインクの温度は上昇することはなかった。つまり、長時間の連続印字で度重なるヘッド回復動作が行われてもインク温度は上昇せずインク粘度の低下によって印字濃度が濃くなるといった不具合は発生しなかった。
一方、比較のためインク冷却機構を設けなかった従来の構成の場合は、長時間の連続印字動作によって回収されたインクの温度の上昇に伴って、インク粘度が低下し印字濃度が徐々に濃く変化するといった不具合を生じた。尚、本実施例では各色のインク供給系に別々の冷却部を設けたが、各色の回収インクの冷却を一つの冷却手段で行っても何ら問題はない。
実施例7に用いたインク冷却手段60について図9を用いて説明する。インク冷却手段60は、サブタンク2とインク回収容器11へ接続されたステンレス配管902と、インクジェットヘッド3とサブタンク2へ接続されたステンレス配管903とを、装置本体904を構成している金属筐体901に接触させ、筐体901を含む装置本体904内部を冷却用ファン(送風機)905で強制的に冷却する構成である。
冷却効果を確認するために、印字途中に行われるヘッド機能回復動作で回収されたインクの温度を配管内に挿入したサーミスタで測定した。温度測定は回収容器11から回収したインクが流出しステンレス配管902が金属筐体901と接触する領域との間のインク温度と、ステンレス配管902が金属筐体901と接触する領域とサブタンク2との間のインク温度の測定を行い、その温度差を測定した。その結果、インクの温度は約15℃低下することが確認された。
このように、インク温度の冷却は装置本体の冷却と兼ねることができる。つまり、長時間に亘る印字動作で発熱したヘッド3からインクを回収してもサブタンク2内のインクの温度は上昇することはなかった。つまり、長時間の連続印字で度重なるヘッド回復動作が行われてもインク温度は上昇せずインク粘度の低下によって印字濃度が濃くなるといった不具合は発生しなかった。
一方、比較のためインク冷却機構を設けなかった従来の構成の場合は、長時間の連続印字動作によって回収されたインクの温度の上昇に伴って、インク粘度が低下し印字濃度が徐々に濃く変化するといった不具合を生じた。尚、本実施例では各色のインク供給系に別々の冷却部を設けたが、各色の回収インクの冷却を一つの冷却手段で行っても何ら問題はない。
Claims (3)
- 液供給源から供給される液を一時的に貯蔵するサブタンクと、
該サブタンクから供給される液を吐出する液吐出ヘッドと、
前記液吐出ヘッドからヘッド機能回復動作で吐出される液を回収する回収容器と、
前記回収容器からサブタンクへ至る液回収経路と、
前記液回収経路中に設けられた、前記回収容器から前記サブタンクへ前記回収された液を送るポンプと、
前記液回収経路中の前記ポンプと前記サブタンクとの間で、かつ、前記サブタンクの近傍に設けられた、前記液回収経路中の液を冷却する冷却手段と、を備えた
ことを特徴とする液吐出装置。 - 前記冷却手段は前記液回収経路の一部を兼ねる放熱部であり、
前記放熱部は、前記液回収経路の一部を兼ねる屈曲した金属製の配管部材に、金属製のベース板及びフィン状に複数配列された金属製の放熱板が接触されて、前記金属製の配管部材を流れる前記回収された液を自然冷却し、
前記液回収経路の放熱部以外の部分は樹脂製の配管部材で形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の液吐出装置。 - 請求項1記載の液吐出装置を用いることを特徴とするインクジェット記録装置。
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