JPH10315467A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 キャビティ内に付着した気泡を効率よく除去
する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】 インクを収容するキャビティ４０と、こ
のキャビティ４０内のインクを加圧する圧電部材４８
と、圧電部材４８によるインクの加圧力を調節する記録
ヘッド吐出駆動部７４と、圧電部材４８により加圧され
たインクが吐出するノズル４６と、を有した記録ヘッド
１０と、ノズル４６を介してキャビティ４０内のインク
を吸引するインク吸引装置２２と、を備えたインクジェ
ット記録装置１において、キャビティ４０のインクを圧
電部材４８で振動させることにより、キャビテイ４０内
に付着した気泡をキャビティ４０から離間または離間及
び破壊し、インク吸引装置２２により吸引する。

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
体に画像を形成するインクジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】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
ト記録装置が使用されている。上記インクジェット記録
装置では、インク供給室からキャビティ内に気泡が侵入
した場合、この気泡がキャビティ内部に付着してダンパ
ーの役割を果たすことから、キャビテイ内の圧力制御を
妨害し、所望の大きさのインク滴の吐出を阻害するた
め、形成される画像に不具合を発生させるという問題点
があった。

【０００３】上記問題点に対して、ノズルを介してキャ
ビティ内のインクを吸引することにより、キャビティ内
の気泡を除去する吸引装置を備えたインクジェット記録
装置がある。しかしながら、上記インクジェット記録装
置では、キャビティ内に付着した気泡を除去するため
に、多量のインクを吸引する必要があり、多量のインク
の無駄を発生させるという問題点があった。また、ノズ
ル径よりも大きな気泡はノズルを介して吸引することが
できないため、キャビテイ内の圧力制御を正確に行えな
い場合があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、キャビ
ティ内に付着した気泡を効率よく除去することができる
インクジェット記録装置を提供することを目的としてお
り、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、該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、上記加圧手段
により加圧されたインクが吐出するノズルと、を有した
記録ヘッドと、上記ノズルを介してキャビティ内のイン
クを吸引するインク吸引手段と、を備えたインクジェッ
ト記録装置において、上記キャビティ内のインクを上記
加圧手段で振動させることにより、キャビテイ内に付着
した気泡をキャビティから離間または離間及び破壊し、
上記インク吸引手段により吸引することを特徴としてい
る。

【０００５】

【発明の効果】上記構成からなるインクジェット記録装
置では、キャビテイ内に付着した気泡は、キャビティ内
のインクが加圧手段によって振動することによりキャビ
ティから離間してノズル近傍に移動する。また、大径の
気泡はキャビティから離間する際にノズルを通過する大
きさに破壊されてノズル近傍に移動する。このように、
インクジェット記録装置では、ノズル近傍に気泡が移動
することにより、該気泡はインク吸引手段で効率よく除
去され、気泡除去の際に多量のインクを吸引する必要が
無いことから、インクを無駄にすることがない。また、
インクジェット記録装置では、キャビティ内の気泡が、
その大きさにかかわらず全て除去されるのでキャビテイ
内の圧力制御を正確に行うことができることから、所望
の大きさのインク滴を吐出して良好な画像を形成するこ
とができる。

【０００６】

【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
ジェット記録装置の一態様であるインクジェットプリン
タ１の一部分を示している。上記プリンタ１は記録媒体
である用紙５を副走査方向（ｙ方向）に送り出すための
送り出し機構７と、キャリッジ１１を主操作方向（ｘ方
向）に移動させるための移動機構９とを備えており、イ
ンクジェット記録ヘッド１０（以下、「記録ヘッド１
０」と省略する。）は上記キャリッジ１１に取り付けら
れることで主走査方向（ｘ方向）に移動するように設け
られている。

【０００７】図２、図３にそれぞれ記録ヘッド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、記録ヘッド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３
４、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は記録
ヘッド１０の移動方向に並んでおり、中央の一点鎖線３
８に関して左右対称な構成をしている。

【０００８】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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】上記構成の記録ヘッド１０では、各ヘッド
部２６、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４
２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、記録
ヘッド１０はモータ２０の駆動に基づいて矢印ｘ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４
０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、記録ヘッド１０の対
向部を矢印ｙ方向に送られる用紙５に付着して画像が記
録される。

【００１３】次に、本発明の特徴部分である気泡の除去
動作について説明する。上記のようにして画像を形成す
る際において、キャビティ４０内に気泡が存在する場合
には、この気泡がダンパーとして機能し、キャビティ４
０内の圧力制御を阻害することから所望のインク滴を吐
出することができず、形成される画像に乱れを発生させ
る場合がある。

【００１４】そこで、本発明に係るプリンタ１では、圧
電部材４８によってキャビティ４０内のインクを振動さ
せ、キャビティ４０内の気泡をキャビティ４０の内壁か
ら離間、及び破壊してノズルに移動させ、この移動した
気泡を吸引装置２２により吸引して気泡を除去してい
る。吸引装置２２は図１に示すように、非記録時に記録
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２
４の駆動により、ホームポジションに位置した記録ヘッ
ド１０の天板３０に向かって矢印ｚ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
り吸引装置２２を進退させてもよい。

【００１５】吸引装置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記録ヘッド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、ノズ
ル４６を介して気泡を含んだインクを吸引することがで
きるようになっている。

【００１６】図５は吸引装置２２の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
ロック構成図を示している。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
行うデータ受信部７２と、階調制御手段であるＲＡＭ６
８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記録ヘッド
１０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を駆動して記録ヘッド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、吸引装
置２２のモータ２４を駆動して吸引等を行なわせる吸引
系駆動部８０と、吸引の際に圧電部材４８に対する印加
電圧を調節するため、記録ヘッド吐出駆動部７４に対し
て指示する吸引装置制御部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。

【００１７】次に気泡の除去動作について、図６に示す
フローチャート１００を参照して説明する。気泡は、イ
ンクが充填されたインクカートリッジをプリンタ１に接
続した状態で、プリンタ１とインクカートリッジの接続
部で発生し、インクとともにインクキャビティに侵入す
る。したがって、気泡の除去動作は、インクカートリッ
ジがプリンタ１に接続されている場合に行い（Ｓ１０
０）、インクカートリッジがプリンタ１に接続されてい
ない場合は、プリンタ１が備える表示部（図示せず）に
インクカートリッジを接続する指示を表示する（Ｓ１０
１）。

【００１８】また、上記のように、吸引装置２２はホー
ムポジションに設けてあるため、気泡の除去動作は、記
録ヘッド１０がホームポジションに移動している場合に
行い（Ｓ１０２）、移動していない場合には記録ヘッド
１０をホームポジションに移動した後に行う（Ｓ１０
３）。

【００１９】次に、圧電部材４８に高周波電圧を印加
し、圧電部材４８を超音波レベルの駆動波形周期で振動
させてキャビティ４０内に付着した気泡９０（図７ａ参
照）をノズル４６径よりも小さくなるように破壊し（ノ
ズル４６の吐出側の内径２５μｍ以下）、キャビティ４
０の内壁から離間してノズル４６近傍に移動させる（図
７ｂ参照）。続いて、吸引装置２２によりノズル４６の
近傍に移動した気泡９０を吸引して除去する（図７ｃ：
Ｓ１０４）。予め設定された吸引時間経過後（Ｓ１０
５）、上記除去動作を終了してプリント動作（Ｓ１０
６）を行う。なお、吸引動作は圧電部材４８への高周波
印加とともに行うようにしてもよい。また、吸引動作は
気泡の除去に限らず、ノズル４６の表面に付着したイン
クカスの除去を行う清掃処理を兼ねて行うようにしても
よい。

【００２０】ここで、気泡除去に関して行った実験例１
〜４について説明する。実験例１では、下記の条件１〜
３において、２０Ｖの電圧を圧電部材４８に印加して直
径１００μｍのインク滴を吐出させて２００ドットを印
字して不具合が発生するか否かを評価している。印字さ
れたドットに不具合が無ければ〇、±５％を未満の径の
変化がある場合は△、±５％を越える径の変化がある
か、または欠けが発生している場合は×で評価してい
る。

【００２１】条件１では、圧電部材４８に最大電圧３Ｖ
を有する台形電圧波形を周波数２０ｋＨｚで繰り返し、
かつそれぞれ１０μｓｅｃの印加時間で１分間にわたっ
て印加している（図８参照）。条件２では、圧電部材４
８に最大電圧２Ｖを有する台形電圧波形を周波数５０ｋ
Ｈｚで繰り返し、かつそれぞれ４０μｓｅｃの印加時間
で４０秒間にわたって印加するようにしている（図９参
照）。なお、条件３においては、圧電部材４８に高周波
電圧は印加していない。

【００２２】また、上記条件１、２においては圧電部材
４８に高周波を印加した後、吸引装置２２で気泡を除去
している。なお、条件３においては圧電部材４８に高周
波を印加することなく吸引装置２２で気泡を除去してい
る。

【００２３】実験例２では、実験例１を行った後、イン
クカートリッジを交換して２００ドットの印字を行い上
記評価方法により評価している。また実験例３では実験
例２を行った後、インクカートリッジの交換と２００ド
ットの印字を９回繰り返した後に行った印字について上
記評価方法により評価したものである。実験例１〜３に
ついての実験結果を下記の表１に示した。

【００２４】

【表１】

【００２５】上記表１から明らかなように、条件１、２
のように圧電部材４８に高周波電圧を印加することが気
泡を除去することに対して有効であることが分かる。な
お、圧電部材４８に印加される高周波は条件１、２に限
られるものではなく、例えば、周波数が１５ｋＨｚ以
上、圧電部材４８の変位量が０．１３μｍ以上、圧電部
材４８の駆動立ち上がり時間が５μｓｅｃ以下であれば
よい。

【００２６】次に、実験例４について説明する。実験例
４では、上記条件１の気泡除去動作を行った後、及び上
記条件３、すなわち高周波印加による気泡の移動を行わ
ず、吸引のみを行った後に印字電圧に５Ｖ、１０Ｖ、１
５Ｖ、２０Ｖ、及び２５Ｖを有する台形電圧波形を周波
数４ｋＨｚで繰り返し、かつそれぞれ６０μｓｅｃの印
加時間で１分間にわたって印加して（図１０参照）、ド
ット径を変化させ、それぞれ１００ドットずつ印字を行
ってその平均径を測定したものである。インクは、水分
７７．０％、多価アルコール／ジエチルグリコール６．
５％、多価アルコールエーテル／トリエチレングリコー
ルモノブチルエーテル６．５％、染料ＢａｋｅｒＢＫ−
ＳＰ４．５％で構成されたものを使用し、用紙はエプソ
ン社製ＳＦ（スーパーファイン）紙を使用した。実験例
４については、図１１に結果を示している。

【００２７】図１１に示されるように、圧電部材４８に
高周波電圧を印加せずに吸引のみを行った場合（条件
３）は、印字電圧５Ｖ、１０Ｖにおいてインク滴の飛翔
のばらつきが激しく測定することができなかった。これ
に対して条件１のように、圧電部材４８に高周波電圧を
印加して気泡除去動作を行うことが、特に５０μｍ以下
の小径のインク滴を吐出させることに対して有効である
ことが分かる。これは、インク滴が小径であるほどキャ
ビティ内の気泡の有無がインク滴を吐出するための制御
に影響するからであると推測される。また、インク滴が
５０μｍを越える場合であっても、条件１では印字され
るインク滴は初期の径（７０μｍ、１００μｍ、１２０
μｍ）からなるものが得られたが、条件３ではこれらの
径に比較して小さな径のインク滴しか得られなかった。
これは、条件３ではキャビテイ内の除去されなかった気
泡がダンパーの機能を果たすことから、気泡が圧電部材
の振動を吸収するためインク滴の吐出力が弱まったため
であると考えられる。このように、圧電部材４８に高周
波電圧を印加することが気泡除去動作に対して有効であ
ることが分かる。

【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】 吸引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】 気泡の除去動作を示すフローチャートであ
る。

【図７】 （ａ）はキャビティに付着した気泡を示す説
明図、（ｂ）は破壊された気泡がノズル近傍に移動する
説明図、（ｃ）は気泡が吸引により除去される説明図で
ある。

【図８】 圧電部材に印加される高周波電圧の説明図で
ある。

【図９】 圧電部材に印加される高周波電圧の説明図で
ある。

【図１０】 実験例４の印字電圧の説明図である。

【図１１】 実験例４の実験結果を示す図である。

【符号の説明】

１０…インクジェットヘッド、２２…吸引装置、２４…
モータ、４０…キャビティ、４６…ノズル、４８…圧電
部材。

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、該加圧手段
   によるインクの加圧力を調節する加圧力調節手段と、上
   記加圧手段により加圧されたインクが吐出するノズル
   と、を有した記録ヘッドと、上記ノズルを介してキャビ
   ティ内のインクを吸引するインク吸引手段と、を備えた
   インクジェット記録装置において、 上記キャビティ内のインクを上記加圧手段で振動させる
   ことにより、キャビテイ内に付着した気泡をキャビティ
   から離間または離間及び破壊し、上記インク吸引手段に
   より吸引することを特徴とするインクジェット記録装
   置。