JPH10157160A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 キャビティ内のインク加圧力を調整すること
により、ノズルから適切な量のインクを吐出してパージ
を行なうことができるインクジェット記録装置を提供す
る。 【解決手段】 インクジェット記録装置に、圧電部材４
８によるインクの加圧力を調節する吐出駆動部７４と、
ノズル４６をその外側から覆い、ヘッド１０との間に閉
鎖空間６２を形成することができる連続壁５６と、閉鎖
空間に負圧を加え、ノズルを介して閉鎖空間にインクを
吸引する吸引孔５８及びポンプ６０と、ポンプの駆動に
より閉鎖空間に負圧が加えられている状態で圧電部材を
作動してインクを加圧すると共に、閉鎖空間が第１の負
圧状態のときは圧電部材によるインクの加圧力を第１の
加圧状態とし、その後閉鎖空間の負圧が大気圧に向かっ
て減少して第２の負圧状態になると圧電部材による加圧
力を第１の加圧状態よりも加圧力の大きい第２の加圧状
態に変更する制御部８２とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像情報に応じて
インクを加圧してノズルから吐出することにより記録媒
体に画像を作成するインクジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、加熱素子や圧電素子等の加圧
手段を駆動することにより、キャビティに収容されたイ
ンクを加圧しノズルから吐出させて記録媒体に画像を形
成するインクジェット記録装置がある。このインクジェ
ット記録装置では、長期間に亘って安定してインク滴を
吐出するには、ノズルやキャビティに溜まった異物等
（例えばゴミ、古くなって粘度の増大したインク、気
泡）を定期的に吐出させる処理すなわちクリーニングが
必要で、通常は１枚の記録媒体に対する印字が終了する
度に、またはインクカートリッジを交換する度にこの処
理を行っている。

【０００３】このクリーニングは、加圧手段を駆動する
ことによりインクを加圧吐出させる方法（加圧パージ
法）と、ノズルをその外側からキャップで覆い、このキ
ャップとインクジェットヘッドとの間に形成された閉鎖
空間に負圧を加えることでインクを強制的に吸引する方
法（吸引パージ法）さらに、負圧を加えた状態下でイン
クを加圧する方法（加圧吸引パージ法）に大別される。
一般的には、確実かつ短時間のうちに必要量のインクを
吐出するために加圧吸引パージ法が広く採用されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、吸引加圧パ
ージ法の場合、閉鎖空間が高負圧状態であるにもかかわ
らず加圧手段により大きなインク加圧力が加えられる
と、インクが無駄に吐出したり、接着剤で接合されてい
るヘッド構成部材が剥離したり、プラスチックフィルム
などの薄肉隔壁部材をするものではこの隔壁が破損した
り、一回のパージ作業では破損しないまでも繰り返し行
うことにより耐久性が低下してインクジェットヘッドの
寿命が短くなるという問題がある。また、一般に加圧吸
引パージ法においては、図８に示すように、閉鎖空間内
の負圧は時間の経過と共に減少する。これは、キャップ
とヘッドとの隙間から閉鎖空間に空気が流入することに
よる。したがって、時間が経過して閉鎖空間内が低負圧
状態になると上記の場合とは逆に必要量のインクを吐出
できない。

【０００５】そこで、本発明は、キャップ内閉鎖空間の
負圧状態に応じてインク加圧力を調整することにより、
ノズルから適切な量のインクをパージし、それにより鮮
明な画像を記録できるインクジェット記録装置を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明のインクジェット記録装置は、インクを収容
するキャビティと、このキャビティ内のインクを加圧す
る加圧手段と、この加圧手段により加圧されたインクが
吐出するノズルとを有したヘッドを備えたインクジェッ
ト記録装置において、前記加圧手段によるインクの加圧
力を調節する加圧力調節手段と、前記ノズルをその外側
から覆い、ヘッドとの間に閉鎖空間を形成することがで
きるキャップ手段と、前記閉鎖空間に負圧を加えて、ノ
ズルを介して閉鎖空間に向けてインクを吸引する吸引手
段と、この負圧手段により閉鎖空間に負圧が加えられて
いる状態で加圧手段を作動してインクを加圧すると共
に、閉鎖空間が第１の負圧状態のときは加圧手段による
インクの加圧力を第１の加圧状態とし、その後閉鎖空間
の負圧が大気圧に向かって減少して第２の負圧状態にな
ると加圧手段による加圧力を第１の加圧状態よりも加圧
力の大きい第２の加圧状態に変更する制御手段とを設け
た。

【０００７】

【発明の作用及び効果】このインクジェット記録装置で
は、インクをパージする場合、まずキャップ手段でノズ
ルをその外側から覆って閉鎖空間を作り、吸引手段によ
り閉鎖空間に負圧を加え、加圧手段によりインクを加圧
する。ここで、閉鎖空間に負圧を加えた当初の高負圧
（第１の負圧）状態では、加圧手段によるインク加圧力
は低く（第１の加圧状態に）抑える。一方、経過時間と
共に閉鎖空間内の負圧が第２の負圧状態まで減少する
と、加圧手段によるインク加圧力は第２の加圧状態まで
大きくし、これにより負圧減少によるインク吸引力の低
下を補う。つまり、クリーニング処理の初期高負圧状態
ではインクの加圧力を抑え、負圧が低下するとインクの
加圧力を上げてインクの吐出を図る。したがって、パー
ジ中は最初から最後まで安定してインクを吐出できる
し、無駄にインクが吐出することもない。また、接着剤
で接合されているヘッド構成部材に無理な力がかから
ず、それらの耐久性を低下させることもない。加えて、
加圧吸引パージ法の特徴である、短時間での効率のよい
インクパージが行える。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を説明する。図１は、本発明に係るインク
ジェット式記録装置の一態様であるインクジェットプリ
ンタの印字部を示す。この図に示すようにインクジェッ
トヘッド（以下、「ヘッド」と呼ぶ。）１０はキャリッ
ジ１２に支持されており、キャリッジ１２はガイドシャ
フト１４に沿って矢印ａ方向に移動可能としてある。ガ
イドシャフト１４の両端近傍にはそれぞれプーリ１６が
配置されており、これらプーリ１６に巻回したベルト１
８にキャリッジ１２が連結してある。また、一方のプー
リ１６はモータ２０に駆動連結してあり、このモータ２
０の駆動に基づいて、キャリッジ１２がガイドシャフト
１４に沿って矢印ａ方向に往復移動するようにしてあ
る。

【０００９】図２、図３にそれぞれヘッド１０の正面、
図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す。これらの図に示すよ
うに、ヘッド１０は第１ヘッド部２６と、第２ヘッド部
２８からなり、天板３０、隔壁３２、振動板３４、ベー
スプレート３６を一体的に組み合わせて構成されてい
る。第１ヘッド部２６と第２ヘッド部２８はヘッド１０
の移動方向に並んでおり、中央の一点鎖線３８に関して
左右対称な構成をしている。

【００１０】天板３０は隔壁３２との対向面を電鋳ある
いはフォトリソグラフィー等の方法により微細加工して
複数の凹部を形成し、第１ヘッド部２６、第２ヘッド部
２８のそれぞれにインクを収容する複数のキャビティ４
０と、補給用のインクを収容するインク供給室４２と、
各キャビティ４０をインク供給室４２に連結するインク
インレット４４が形成されている。第１ヘッド部２６と
第２ヘッド部２８のキャビティ４０は、これらのヘッド
部２６，２８が対向する方向に向かって伸びる長溝状に
且つ平行に形成されている。また、天板３０には、キャ
ビティ４０のインクインレット４４と反対側にキャビテ
ィ４０に連通するノズル４６がキャビティ４０の長手方
向に直交する１つの直線上に所定の間隔を置いて複数形
成されている。ノズル４６は外側に向かって細くなるテ
ーパ状をしており、吐出側の内径が２５μｍとしてあ
る。

【００１１】隔壁３２は導電材からなる薄肉フィルムが
用いられており、天板３０と振動板３４との間に固定さ
れている。なお、この隔壁は後述する圧電部材４８の変
形を阻害するものでなく、圧電部材４８の変形に応じて
変形する。

【００１２】振動板３４は、例えばセラミックス板の上
面及び下面に金属を蒸着するなどの方法により導電層を
設けたものであり、隔壁３２とベースプレート３６にそ
れぞれ導電性の接着剤で固定されている。また、振動板
３４は、ベースプレート３６に接着固定した後、ダイシ
ング加工により縦横に切断して、キャビティ４０に対向
する圧電部材４８と各圧電部材４８を囲む壁５０とに分
離し、高温下で各圧電部材４８は高圧を印加して分極処
理してある。

【００１３】ベースプレート３６は振動板３４との対向
面に複数の導電リード部（図示せず）を備えており、各
導電リード部は圧電部材４８に対向している。

【００１４】前記構成のヘッド１０では、各ヘッド部２
６、２８において、図示しないインクタンクからインク
供給室４２にインクが供給される。インク供給室４２の
インクは、インクインレット４４を介して各キャビティ
４０に分配される。また、図１に示すように、ヘッド１
０はモータ２０の駆動に基づいて矢印ａ方向に往復移動
する。そして、圧電部材４８に所定の電圧（印字信号）
が印加されると該圧電部材４８はキャビティ４０に向か
って変形し、その変形が隔壁３２に伝えられる。その結
果、キャビティ４０内のインクが加圧されてノズル４６
よりインク滴が飛翔し、ヘッド１０の対向部を矢印ａ方
向と直交する方向に送られる用紙に付着して画像が記録
される。

【００１５】図６はヘッド１０から吐出したインクによ
り用紙上（ノズルと用紙との間隔：１００μｍ）に形成
されたドット径と、圧電部材４８に印加する電圧との関
係のグラフを示す。このプリンタは、７階調（インク吐
出なしを含む）の階調数で記録することができ、圧電部
材４８に印加する電圧を変更することによってドット径
を６段階変更できる。すなわち、圧電部材４８に印加す
る電圧を制御することにより圧電部材４８の変形量及び
キャビティ４０内のインク加圧力を切り換えて、ノズル
４６から吐出するインクの量及びドット径を変更する。
具体的に、圧電部材４８に１０Ｖの電圧を印加したとき
に吐出したインクの用紙上でのドット径は３０μｍであ
り、圧電部材４８に６０Ｖの電圧を印加したときに吐出
したインクの用紙上でのドット径は１８０μｍである。
この圧電部材４８に印加する電圧を１０Ｖ−６０Ｖの間
で１０Ｖごとに変更することで、ドット径を３０μｍか
ら１８０μｍの間で変更して６段階の階調表現を行なう
ことができる。

【００１６】ヘッド１０のクリーニング装置及びその動
作について説明する。図１に示すように、クリーニング
装置２２は非記録時にヘッド１０が待機する場所すなわ
ち一般にホームポジションと呼ばれている場所の近傍に
設けてあり、モータ２４の駆動により、ホームポジショ
ンに位置したヘッド１０の天板３０に向かって矢印ｂ方
向に進退自在になっている。なお、モータ２４に代え
て、ソレノイドによりクリーニング装置２２を進退させ
てもよい。

【００１７】クリーニング装置２２は、その拡大図であ
る図４に示すように、ハウジング５２を備えている。ハ
ウジング５２のヘッド対向部にはキャップ部５４が設け
てある。キャップ部５４はヘッド対向面に方形の連続壁
５６を備えている。この連続壁５６はキャップ部５４と
同一材料で一体的に形成してもよいし、ゴムなどの弾性
材料で形成し、これを接着剤で固定したものでもよい。
キャップ部５４はまた連続壁５６の内側に吸引孔５８を
備えており、この吸引孔５８がポンプ６０に接続されて
おり、ホームポジションに位置したヘッド１０に連続壁
５６を当接した状態で、この連続壁５６の内側に形成さ
れた閉鎖空間６２の空気を吸引してそこに負圧を加える
ことができるようにしてある。

【００１８】図５はクリーニング装置２２を駆動動作と
インクジェットプリンタの印字動作を制御するための制
御系のブロック構成図を示す。中央情報処理装置（ＣＰ
Ｕ）６６を中心に、ホスト部等から受信したデータや記
録用に展開したデータ及び各吐出口毎の吐出回数データ
を記憶するＲＡＭ６８と、動作制御等のプログラム等が
格納されたＲＯＭ７０と、ホスト部からのデータ受信を
行なうデータ受信部７２と、階調制御手段であるＲＡＭ
６８に格納された画像記録用の展開データに基づいて階
調を決定し、決定された階調に相当する電圧をヘッド１
０の圧電部材４８に印加し、所望の濃度に対応する量の
インクを吐出するヘッド吐出駆動部７４と、キャリッジ
１２のモータ２０を駆動してヘッド１０を記録タイミン
グに同期して移動させるヘッド移動駆動部７６と、記録
媒体の搬送を司る紙送り駆動部７８と、クリーニング装
置２２のモータ２４を駆動してクリーニング等を行なわ
せるクリーニング系駆動部８０と、クリーニングの際に
ノズル４６からのインクの吐出量や勢いを調節するた
め、ヘッド吐出駆動部７４に対して指示するクリーニン
グ制御部８２、ホームポジションにおけるヘッドの存
在、記録媒体の有無、インクの有無等を検出すべく各所
に配置した各種センサ部８４とが接続されている。

【００１９】この制御系では、クリーニング制御部８２
の指示に基づいて、記録媒体への印字が１枚終了する毎
にヘッド１０をホームポジションに退避させてこれをク
リーニングする。具体的に、ヘッド１０がホームポジシ
ョンに退避したことをセンサ部８４が検出すると、クリ
ーニング装置２２のハウジング５２をヘッド１０に向か
って移動して連続壁５６がノズル４６を囲むようにヘッ
ド天板３０に接触し、連続壁５６の内側に閉鎖空間６２
（図４参照）を形成する。

【００２０】次に、図７に示すように、ポンプ６０を駆
動して密閉空間６２に負圧を加える。負圧が所定の圧力
になると（時刻：ｔ₀）、ポンプ６０の駆動を停止す
る。その後は、閉鎖空間６２の圧力が徐々に大気圧に近
付いていく。これは、連続壁５６とヘッド１０の接触部
等からの空気の侵入や、インクがノズル４６から吐出さ
れることによる。

【００２１】ポンプ５６の駆動停止から所定時間経過し
た時点（時刻ｔ₁）で、クリーニング制御部８２はヘッ
ド吐出駆動部７４を低電圧モードで駆動開始し、圧電部
材４８にＶ_P-P＝２０Ｖのパルスを印加して振動させ
る。その結果、キャビティ４０内のインクが加圧され、
ノズル４６に加わる負圧と相俟ってインクがノズル４６
から吐出する。次に、図７に示すように閉鎖空間６２の
負圧が所定の圧力まで減少すると（時刻ｔ₂）、クリー
ニング制御部８２はヘッド吐出駆動部７４を高電圧モー
ドに切り換え、圧電部材４８にＶ_P-P＝６０Ｖのパルス
を印加して振動させる。これにより、キャビティ４０内
のインクは低電圧モード時よりも大きな圧力で加圧さ
れ、閉鎖空間６２内の負圧減少によるインク吸引力の低
下が圧電部材４８の加圧力増加により補われ、低電圧モ
ード時と同様にインクは吐出する。そして、閉鎖空間６
２内の圧力がほぼ大気圧近くになると（時刻ｔ₃）、ク
リーニング制御部８２はヘッド吐出駆動部７４により圧
電部材４８の駆動を停止し、クリーニングを終了する。

【００２２】ここで、圧電部材４８の駆動開始、低電圧
モードから高電圧モードへの切り換え、駆動停止のタイ
ミング（時刻ｔ₁、ｔ₂、ｔ₃）は、圧電部材４８を振動
するパルスの数で定めてあり、連続壁５６内の閉鎖空間
６２が所定の負圧状態になった時点ｔ₀からｔ₁までの時
間が３３０パルス、ｔ₁からｔ₂までの時間が３３０パル
ス、ｔ₂からｔ₃までの時間も同じく３３０パルスで規定
されている。このパルス数は一例であり、適宜変更可能
なことは言うまでもない。また、閉鎖空間６２内の圧力
を検出するセンサを設け、このセンサで検出した圧力に
基づいてそれぞれのタイミングを制御してもよい。

【００２３】前記実施形態では、クリーニング時に圧電
部材４８のインク加圧力を２段階に変化させたが、上述
したようにインクジェットプリンタは６段階（吐出無し
を除く）の階調制御を行なうことができるので、クリー
ニング時の加圧力も負圧の変化に合わせて６段階に変化
させるようにしてもよい。このように駆動制御を多段に
行えば、ヘッド１０のノズル４６等のインク流路にかか
る負荷の変化が緩やかになるし、必要量のインク吐出を
より短時間で行なうことができる。

【００２４】このように、上記各実施形態のインクジェ
ット記録装置では、閉鎖空間内の負圧が高い状態のとき
には圧電部材４８によるインク加圧力を低く設定し、負
圧と大気圧との差が小さくなったときに圧電部材４８に
よるインク加圧力を大きくすることで、閉鎖空間内の負
圧の減少を圧電部材によるインク加圧力の増加で補完す
るようにしたので、負圧が高い状態でインクを一気に吐
出してノズル４６やインク流路を破壊するといったこと
が防止でき、負圧状態にあわせたインク吐出量、時間を
制御することが可能である。また、クリーニングのとき
のインク加圧力を階調制御するヘッド駆動部で行ってい
るので、新たな駆動制御機構が不要で、装置の制御が複
雑にならず簡単な構成及び制御でヘッドのクリーニング
を行なうことができる。

【００２５】なお、ヘッドの構成としては上記各実施形
態のような圧電部材を用いたものに限らず各種のインク
ジェットヘッド、例えばバブルジェットヘッドにも適用
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のインクジェットプリンタの部分斜視
図である。

【図２】 インクジェットヘッドの平面図である。

【図３】 図２に示すインクジェットヘッドのIII−III
線断面図である。

【図４】 クリーニング装置の概略斜視図である。

【図５】 インクジェットプリンタの制御系を示すブロ
ック図である。

【図６】 圧電部材に加える駆動電圧とドット径の関係
を示す図である。

【図７】 パージの際の閉鎖空間内の負圧と吐出タイミ
ングを示すタイミングチャートである。

【図８】 閉鎖空間内に負圧を印加したときの気圧と時
間の関係を示す図である。

【符号の説明】

１０…インクジェットヘッド、２２…クリーニング装
置、２４…モータ、４０…キャビティ、４６…ノズル、
４８…圧電部材、５６…ポンプ、７４…インクジェット
ヘッド吐出駆動部、９０…クリーニング制御部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを収容するキャビティと、このキ
   ャビティ内のインクを加圧する加圧手段と、この加圧手
   段により加圧されたインクが吐出するノズルとを有した
   ヘッドを備えたインクジェット記録装置において、 前記加圧手段によるインクの加圧力を調節する加圧力調
   節手段と、 前記ノズルをその外側から覆い、ヘッドとの間に閉鎖空
   間を形成することができるキャップ手段と、 前記閉鎖空間に負圧を加えて、ノズルを介して閉鎖空間
   に向けてインクを吸引する吸引手段と、 この負圧手段により閉鎖空間に負圧が加えられている状
   態で加圧手段を作動してインクを加圧すると共に、閉鎖
   空間が第１の負圧状態のときは加圧手段によるインクの
   加圧力を第１の加圧状態とし、その後閉鎖空間の負圧が
   大気圧に向かって減少して第２の負圧状態になると加圧
   手段による加圧力を第１の加圧状態よりも加圧力の大き
   い第２の加圧状態に変更する制御手段と、を設けたイン
   クジェット記録装置。