JP5002232B2

JP5002232B2 - インクジェット記録装置

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Publication number: JP5002232B2
Application number: JP2006275306A
Authority: JP
Inventors: 順也川瀬
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-10-06
Filing date: 2006-10-06
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2026-10-06
Also published as: US20080084463A1; US7883187B2; JP2008093854A

Description

本発明は、インクジェット記録装置に関し、特に、フルライン型のインクジェット記録装置に関する。

従来インクジェット記録装置は、ランニングコストが安く、装置の小型化も可能であり、複数色のインクを用いてカラー画像記録に対応することも容易であることから、コンピュータ関係の出力機器等に幅広く利用され、商品化されている。

インクジェット記録装置は、記録ヘッドの吐出口からインクを吐出することにより記録を行なう。インクを吐出するためのエネルギを発生するエネルギ発生素子としては、ピエゾ素子などの電気機械変換体を用いたもの、レーザーなどの電磁波を照射して発熱させ、この発熱による作用でインク滴を吐出させるもがある。また、発熱抵抗体を有する電気熱変換素子によって液体を加熱させるもの等がある。

その中でも熱エネルギを利用してインク滴を吐出させる方式のインクジェット記録方式のヘッドは、吐出口を高密度に配列することができるため、高解像度の記録が可能である。

また、電気熱変換素子をエネルギ発生素子として用いた記録ヘッドは、小型化も容易であり、近年の半導体分野における技術の進歩と信頼性の向上が著しいＩＣ技術やマイクロ加工技術の長所活用でき、高密度実装化が容易で製造コストも安価である。また、最近では、より高精細の記録を行うために、インクを吐出するための吐出口を、フォトリソグラフィ技術を用いて高精度に作成する方法も利用されてきている。

近年、より高速に高精細の画像の記録を実現するため、より記録幅が長い記録ヘッドの実現も望まれている。具体的には、ヘッドの長さが４インチ〜１３インチなどの長さのものも要求されてきている。このような長尺ヘッド構成としては支持板上に複数の記録素子基板と基板に対応した個別フィルタを配置することでインク流路を形成したヘッド形態が従来技術として知られている（例えば、特許文献１参照）。

長尺の記録ヘッドの内部のインク流路には共通液室があり、共通液室から複数の吐出口群を有する記録素子基板にインクを供給するためにインクを収納する個別液室を有する。また記録ヘッドには、個別フィルタ、個別気液分離膜が配置される。このような構成の長尺ヘッドでは、インク供給において、インク流入口から共通液室を通り、インク流出口へとインクを循環、供給を行うことで、共通液室内へのインク供給を行なう。

このような共通液室内へのインク循環・供給は、循環加圧ポンプと循環吸引ポンプを同時に動作させることにより行なう。すなわち、循環加圧ポンプと循環吸引ポンプの流量をそれぞれＰ１、Ｐ２とすると、Ｐ１とＰ２の関係をＰ１＝Ｐ２とすることで循環中のインクを、吐出口から圧力により排出されないようにしている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−１４４９１９号公報特開平０８−２４４２５０号公報

しかしながら、各記録素子基板と個別フィルタで囲まれ形成された空間である個別液室内にはインク供給時などに発生する気泡が溜まり、記録時に気泡が吐出口の目詰まりを引き起こしインクが充分に吐出しないことがある。このため、インク循環動作中に吸引エアポンプを動作させて、個別液室から気泡を抜くことがある。この場合、循環加圧ポンプと循環吸引ポンプの流量を同一に維持したままである場合、共通液室内のインクは各個別液室内へは流入されず、吐出から外気を取込むこととなる。かかる場合、個別液室内の泡抜け動作を行なうことができず、吐出口の目詰まりを解消することができない。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、長尺ヘッドへの記録ヘッドにおいて、インクが吐出口から圧力により排出されず、かつ、泡抜け性を向上することができる記録装置を提供することを目的とする。

そのために本発明では、インクを収容するインクタンクと、前記インクタンクから供給されたインクが流入するインク流入口と前記インクタンクへインクを戻すためのインク流出口を有する共通液室と、インクを吐出する吐出口と、前記共通液室から前記吐出口へインクを供給するための個別液室と、該個別液室に配された気液分離膜と、を有する記録ヘッドと、前記インクタンクから前記インク流入口へインクを供給する経路に配された第１のポンプと、前記インク流出口から前記インクタンクへインクを戻す経路に配された第２のポンプと、を備えるインクジェット記録装置において、前記気液分離膜と連通し前記個別液室から気体を除去するための第３のポンプと、前記第１のポンプの流量をＰ１、前記第２のポンプの流量をＰ２、前記第３のポンプの流量をＰ３としたときに、Ｐ１＝Ｐ２＋Ｐ３となるように、前記第１のポンプ、前記第２のポンプ、及び前記第３のポンプを駆動する駆動手段と、を備えることを特徴とする。

以上の構成によれば、個別液室内のインクが吐出口からポンプの圧力により排出することなく、泡抜けを行うことができる。これにより、排インクの排出量を抑制し、泡抜け性を高めることができる。

以下に図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
（１）記録ヘッドの説明
図１および図２は、本発明の第１の実施形態に係る記録ヘッドを示す斜視図および分解斜視図である。

記録ヘッドＨ１０００は、記録素子ユニットＨ１００１とインク供給部材Ｈ１５００から構成される。図１は記録素子ユニットＨ１００１とインク供給部材Ｈ１５００を結合した状態を示す斜視図である。また、図２は図１に示す記録ヘッドＨ１０００の記録素子ユニットＨ１００１とインク供給部材Ｈ１５００を開いた状態を示す分解斜視図である。

記録素子ユニットＨ１００１とインク供給部材１５００の結合は、例えば、ビスにより位置決め固定し、封止剤等により封止し、共通液室Ｈ１５０１を密閉することにより行なう。封止剤は、耐インク性があり、かつ、常温で硬化し、かつ、異種材料間の線膨張差に耐えられる柔軟性のある封止剤が望ましい。Ｈ１５１０は、後述する共通液室にインクを流入するインク流入口を示す。

図２に示すように、記録素子基板Ｈ１１００は、記録素子支持プレートＨ１２００上に千鳥状に配置され、同一色による幅広の記録を可能としている。例えば、ノズル群の長さが１インチ＋αの４つの記録素子基板Ｈ１１００ａ、Ｈ１１００ｂ、Ｈ１１００ｃ、Ｈ１１００ｄを千鳥状に配置し、４インチ幅の記録を可能にしている。記録素子ユニットＨ１００１内に記録素子支持プレートＨ１２００が設けられている。記録素子支持プレートＨ１２００の記録素子基板Ｈ１１００配置側面には外部から電源、画像情報に基づいた電気信号を前記記録素子基板へ転送する為の電気配線基板（フレキシブル配線基板）が接着固定されている（不図示）。

記録素子支持プレートＨ１２００は、例えば、厚さ０．５〜１０ｍｍのアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）材料で形成されている。なお、記録素子支持プレートＨ１２００の素材は、アルミナに限られることなく、記録素子基板Ｈ１１００の材料の線膨張率と同等の線膨張率を有し、かつ、記録素子基板Ｈ１１００材料の熱伝導率と同等もしくは同等以上の熱伝導率を有する材料で作られてもよい。記録素子支持プレートＨ１２００の素材は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ジルコニア、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）のうちいずれであってもよい。

また、インク供給部材Ｈ１５００は、共通液室Ｈ１５０１を有する。インク供給部材Ｈ１５００は、例えば、樹脂成形により形成されている。また、インク供給部材Ｈ１５００にはインク流入口Ｈ１５１０とインク流出口（不図示）が設けており、共通液室Ｈ１５０１のインクの出入り口となっている。

さらに、図１に示すように、インク供給部材の外面には、エア流出口Ｈ１５０３が設けられている。これには、後述するエア吸引ポンプに接続されたチューブが接続される。これにより、エア吸引ポンプによる個別液室Ｈ１２０３の吸引が可能となる。

図３は、記録ヘッドＨ１０００の一部断面で示す斜視図である。記録素子ユニットＨ１００１とインク供給部材Ｈ１５００が結合され、インク供給部材Ｈ１５００の内部に、記録素子ユニットＨ１００１上に配置された複数の記録素子基板Ｈ１１００が設けられている。記録素子基板Ｈ１１００には、図５で後述するように、気液分離膜Ｈ１７００、エア配管Ｈ１７０１、エア減圧ルームＨ１７０２が設けられている。

図４は、記録素子基板Ｈ１１００の構成を説明するための図である。本実施形態において、記録素子基板は吐出口列が４列構成であるが、本図では説明を簡潔にするために、１列構成の記録素子基板を示している。図４（ａ）は、記録素子基板Ｈ１１００の構成を示し、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す破線Ａ−Ａの断面図である。Ｈ１１０１はインク供給口、Ｈ１１０２は電気熱変換素子、Ｈ１１０３は電極、Ｈ１１０４はインク流路、Ｈ１１０５は吐出口、Ｈ１１０７は発泡室、Ｈ１１０８は基板をそれぞれ示している。

本実施形態の基板Ｈ１１０８は、厚さ０．５〜１ｍｍのＳｉで薄膜が形成されている。また、基板Ｈ１１０８には、インク流路として長溝状の貫通口からなるインク供給口Ｈ１１０１が形成されている。

インク供給口Ｈ１１０１の両側に電気熱変換素子Ｈ１１０２がそれぞれ１列ずつ千鳥状に配列されている。電気熱変換素子Ｈ１１０２、及び、Ａｌ等の電気配線は、成膜技術により形成されている。また、電気配線に電力を供給するために電極Ｈ１１０３が設けられている。インク供給口Ｈ１１０１は、Ｓｉ基板Ｈ１１０８の結晶方位を利用して、異方性エッチングを行う。ウエハー面に＜１００＞、厚さ方向に＜１１１＞の結晶方位を持つ場合、アルカリ系（ＫＯＨ、ＴＭＡＨ、ヒトラジン等）の異方性エッチングにより、約５４．７度の角度でエッチングが進行する。この方法を用いて、所望の深さにエッチングする。

また、Ｓｉ基板Ｈ１１０８上には、ノズルプレートＨ１１１０が設けられており、電気熱変換素子Ｈ１１０２に対応したインク流路Ｈ１１０４、吐出口Ｈ１１０５、発泡室Ｈ１１０７がフォトリソグラフィ技術により形成される。また、吐出口Ｈ１１０５は電気熱変換素子Ｈ１１０２に対向するように設けられており、インク供給口Ｈ１１０１から供給されたインクを、電気熱変換素子Ｈ１１０２により気泡を発生させて吐出させる。

共通液室Ｈ１５０１の記録素子基板側に配置されている個別フィルタＨ１６００を介して各個別液室Ｈ１２０３を経て、各吐出口先端部にインクが供給される。

図５は、個別液室Ｈ１２０３を含む、記録素子ユニットＨ１００１の一部を示す斜視図である。記録素子ユニットＨ１００１は、記録素子基板Ｈ１１００、個別フィルタＨ１６００、個別気液分離膜Ｈ１７００、個別液室Ｈ１２０３を有している。

個別液室形状は、スリット状に形成され、かつ、液室天井は傾斜をもったテーパー形状となっている。本実施形態の記録素子基板は吐出口列が４列構成となっているため、４列のスリット形状で構成される。テーパー形状の個別液室の下部位置に、個別フィルタＨ１６００との連通口が配置され、テーパー最上部位置には、気液分離膜ユニットＨ１７００が配置されている。また、気液分離膜Ｈ１７００の個別液室Ｈ１２０３に対して反対側には、分離膜エア配管Ｈ１７０１が配置されている。エア配管Ｈ１７０１はエア減圧ルームＨ１７０２で統合され分離膜吸引ポンプにより減圧され、個別液室Ｈ１２０３内の気泡が気液分離膜Ｈ１７００を介して外部へ排出される。

インクは、共通液室Ｈ１５０１から個別フィルタを通じて個別液室Ｈ１２０３に流入する。そして、個別液室Ｈ１２０３のインクは、記録素子基板Ｈ１１００のインク供給口Ｈ１１０１を介して吐出口に連通したインク流路Ｈ１１０４に供給される。

（２）インクジェット記録装置の説明
図６は、本発明の第１の実施形態におけるインクジェット記録装置Ｍ４０００を示す図である。本実施形態では、写真画質の記録に対応して６色分の記録ヘッドが具備されている。記録ヘッドＨ１０００Ｂｋはブラックインク用の記録ヘッド、記録ヘッドＨ１０００Ｃはシアンインク用の記録ヘッド、記録ヘッドＨ１０００Ｍマゼンタインク用の記録ヘッド、記録ヘッドＨ１０００Ｙはイエローインク用の記録ヘッド、をそれぞれ示している。また、記録ヘッドＨ１０００ＬＣはライトシアンインク用の記録ヘッド、記録ヘッドＨ１０００ＬＭはライトマゼンタインク用の記録ヘッド、をそれぞれ示している。これらの記録ヘッドＨ１０００は、記録装置本体Ｍ４０００に載置されているキャリッジＭ４００１の位置決め手段、および電気的接点Ｍ４００２によって固定支持される。

これらの記録ヘッドは、駆動回路によって制御され、記録媒体に対して記録が行われる。本実施形態の記録装置は、記録ヘッドが記録媒体幅分のノズルを有するフルラインタイプの記録装置であり、記録ヘッドは固定されており、記録媒体が矢印の方向に走査することで記録を行う。

図７は、本実施形態のインクジェット記録装置のインク供給装置を示す概略図である。Ｍ４０１０はプリンタＭ４０００本体内に内蔵されたサブインクタンクを示し、インクカートリッジ内のインクをプリンタＭ４０００内に貯蔵するためのものである。

サブインクタンクＭ４０１０と記録ヘッドＨ１０００とは、２本のインク供給流路により接続されておいる。２本のインク流路の一方には、記録ヘッドＨ１０００へ、インクを供給するための循環加圧ポンプＭ４０１１が配置されている。また、他方のインク流路には、記録ヘッドＨ１０００からサブインクタンクＭ４０１０へインクを戻すための循環吸引ポンプＭ４０１２が配置されている。

循環加圧ポンプＭ４０１１と循環吸引ポンプＭ４０１２は、インクと長期間接することで不純物が析出する懸念点（接液性）を考慮する。また、ポンプ装置のコスト、さらにはインク輸送方向の切換え等の制御性（正逆転）、ポンプ装置自体の大きさ、等を考慮する。ゴムチューブをコロ等によりシゴキながらインクを輸送するチューブポンプなどが考えられるが、他の種類でも構わない。また、インク流路（チューブ）は、インクとの接液性、耐久性、さらにはチューブ自体のガスバリア性、等を考慮して、ＰＶＤＦなどのガスバリア性、接液性が良好な材質が好ましい。

本実施形態のインクジェット記録装置では、サブインクタンクＭ４０１０に貯蔵されたインクは、記録ヘッドへのインク供給のための加圧ポンプＭ４０１０から記録ヘッドのインク流入口Ｈ１５１０に流れ、共通液室Ｈ１５０１に供給される。そして、インク流出口を通り、記録ヘッドへのインク供給のための吸引ポンプＭ４０１２を経て、サブインクタンクＭ４０１０に流れる。このような経路により、インク供給装置のインク供給路が接続されており、記録ヘッドの共通液室Ｈ１５０１へのインク充填、循環が行われる。

また、分離膜の吸引エアＭ４０１３ポンプにより減圧ルーム内を減圧し、気液分離膜Ｈ１７００を介して個別液室Ｈ１５０１内のエアを排出する。そして、共通液室Ｈ１５０１内のインクが、各個別フィルタから個別液室Ｈ１５０１を通り、吐出口Ｈ１１０５へとインクが供給される。

インクの充填動作は、まず、循環加圧ポンプＭ４０１１と循環吸引ポンプＭ４０１２の両ポンプにより、共通液室Ｈ１５０１へインクを循環させることにより、インク供給を行なう（充填動作Ａ）。次に、循環加圧ポンプＭ４０１１と循環吸引ポンプＭ４０１２を同時に起動させインク循環動作をさせながら、各気液分離膜側Ｈ１７００に配置された分離膜エア配管Ｈ１７０１統合された吸引エアポンプＭ４０１３を起動させる（充填動作Ｂ）。各個別液室Ｈ１２０３内の空気を気液分離膜Ｈ１７００を通して吸引することにより、各個別液室Ｈ１２０３内が減圧されながら気泡除去するシーケンス動作を行なう。

このとき、充填動作Ｂの循環加圧ポンプＭ４０１１と循環吸引ポンプＭ４０１２、吸引エアポンプＭ４０１２の流量をそれぞれＰ１、Ｐ２、Ｐ３、とすると、充填動作Ｂでの流量の関係をＰ１＝Ｐ２＋Ｐ３とす。これにより、充填動作Ｂを行なっても各個別液室Ｈ１２０３内の圧力が減圧されることなく、個別液室Ｈ１２０３へのインク充填、泡抜け動作を行うことができる。

以上により、長尺つなぎヘッドを有する記録へのインク供給装置において、各個別液室Ｈ１２０３内へのインク供給を廃インク発生なしに行なうことが出来る。

（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態におけるインクジェット記録装置のインク供給装置を示す概略図である。

本実施例形態では、第１の実施形態におけるインク供給装置において、循環吸引ポンプＭ４０１２を有さない構成である。

本実施形態では、循環加圧ポンプＭ４０１１により共通液室Ｈ１１５０１内のインク循環、供給を行ないながらさらには、吸引エアポンプＭ４０１３を同時に動作させる。インクの循環、供給動作は個別液室Ｈ１２０３内のインク供給、泡抜き動作を行なう。このとき、２つのポンプＭ４０１１およびＭ４０１３の流量Ｐ１およびＰ３の関係を、Ｐ１＞＝Ｐ３とする。これにより、個別液室Ｈ１２０３内の泡抜け動作時において、吐出口から外気を取込みまず、さらには供給されたインクが吐出口から排出されないため、廃インクが発生することなくインク供給を行なうことが出来る。

（その他）
上記の実施形態では、フルライン方式の記録ヘッドについて説明したが、本発明はこのような記録装置に限られない。図１０に示すように、シリアル方式の記録に用いられるシリアル型の記録ヘッドを適用してもよい。この場合、図に示されるように、インクタンクＨ１８００と記録ヘッドＨ１０００とを接続するチューブに、循環加圧ポンプＭ４０１１と循環吸引ポンプＭ４０１２とが接続される。また、記録ヘッドＨ１０００に個別液室Ｈ１２０３の気泡を吸引するための吸引エアポンプＭ４０１３が接続される。そして、記録ヘッドの主走査方向の移動に追随してチューブが移動することにより、個別液室Ｈ１２０３へのインク充填、泡抜け動作を行うことができる。

また、本発明は、一般的なプリント装置のほか、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリント部を有するワードプロセッサ等の装置、あるいは、これらの装置を複合した多機能記録装置等に適用することができる。特に、高速かつ高画質な記録を行う記録装置に適用することができる。

本発明の第１の実施形態における記録ヘッドを示す斜視図である。本発明の第１の実施形態における記録ヘッドを示す分解斜視図である。本発明の第１の実施形態における記録ヘッドを示す断面斜視図である。本発明の第１の実施形態における記録素子基板示す図である。本発明の第１の実施形態における記録素子ユニットの一部を示す斜視図である。本発明の第１の実施形態におけるインクジェット記録装置を示す図である。本発明の第１の実施形態におけるインクジェット記録装置のインク供給装置を示す概略図である。本発明の第１の実施形態におけるインクジェット記録装置のインク供給装置を示す概略図である。本発明の他の実施形態におけるインクジェット記録装置を示す図である。

符号の説明

Ｈ１０００記録ヘッド
Ｈ１００１記録素子ユニット
Ｈ１００２インク供給ユニット
Ｈ１００３記録素子
Ｈ１１００記録素子基板
Ｈ１１０１インク供給口
Ｈ１１０２電気熱変換素子
Ｈ１１０４インク流路
Ｈ１１０６吐出口
Ｈ１５００インク供給部材
Ｈ１５０１共通液室
Ｈ１５０３エア流出口
Ｈ１６００個別フィルタ
Ｍ４０００インクジェット記録装置
Ｍ４０１０インクタンク
Ｍ４０１１循環加圧ポンプ
Ｍ４０１２循環吸引ポンプ
Ｍ４０１３吸引エアポンプ

Claims

インクを収容するインクタンクと、
前記インクタンクから供給されたインクが流入するインク流入口と前記インクタンクへインクを戻すためのインク流出口を有する共通液室と、インクを吐出する吐出口と、前記共通液室から前記吐出口へインクを供給するための個別液室と、該個別液室に配された気液分離膜と、を有する記録ヘッドと、
前記インクタンクから前記インク流入口へインクを供給する経路に配された第１のポンプと、
前記インク流出口から前記インクタンクへインクを戻す経路に配された第２のポンプと、
を備えるインクジェット記録装置において、
前記気液分離膜と連通し前記個別液室から気体を除去するための第３のポンプと、
前記第１のポンプの流量をＰ１、前記第２のポンプの流量をＰ２、前記第３のポンプの流量をＰ３としたときに、Ｐ１＝Ｐ２＋Ｐ３となるように、前記第１のポンプ、前記第２のポンプ、及び前記第３のポンプを駆動する駆動手段と、を備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
前記駆動手段は、前記第１のポンプ及び前記第２のポンプを駆動した後に、前記第３のポンプを駆動することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
前記記録ヘッドは、フルライン型の記録ヘッドであることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録装置。