JPS5814762A - インクジエツト記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は記録媒体に直接的にインクを噴射し記録を行な
うインクジェット記録装置に関する、従来インクジェッ
ト記録装置に関しては多くの方式が考案されて込るがそ
の中で必要時のみ選択的にインクを噴射し配録を行う方
式（４！Ｆ開昭５１−３５２３１号等に記載されｔもの
等）は＠−置の簡略さ等から注目すべき記録方式である
、しかしながら従来より多くの改良が試みられてｔｋｔ
に本かかわらず信頼性の面での不備が解消されず実用化
の領域に達してい々ｔｎ、また一部実用化されているも
のも取り扱いの面で大きな制約があり満足すべきものと
なって論ない、この原因となっているのけ２つの大きな
問題即ち気泡に関する問題及び目づまりについて決定的
な解決策が見出されていない点にある。気泡に関しては
上記特開昭５１−３５２３１号等に記載されている記録
原理からも理解されるようにインクの圧力を高める圧力
室内に気泡が混入すればインク噴射が正常に行なわれな
込のは明らかであ）ま九目づまシに関しては本方２− 式に限らずインクジェット記録全般に渡る問題であるか
特に水力式に於てはノズルの断面積が比較的に小さｂこ
とから一層解決が困難である、従来これらのテに関して
試みられて−る対応策について説明するとまず気泡に関
しては、インクの初期光てん時あるいはインク交換時（
方−トリッジ式等）等外部から混入する気泡の除去につ
いては比較的多ぐの改良がある９代表的なものはインク
循環に工って気泡を取り除くもの（特開昭５４−１５９
２２７号及び同５４−１６＋１２４２号等）、インクの
流路途中に気泡除去装置（特開昭５１−８８２２４号）
を設けｔもの等がある。１に内部発生的・に生ずる気泡
（主としてキャビテーションによるもの）につｈての対
策は特公昭５３−２０８８２号にあるがほとんど考慮を
はられれていない、また目づまりに関してσ、インクの
改良、ノズル部へのふた。万一の目うまシの場合の強制
解除手段（実開昭５４−６６８５３号）等が見られるが
以下に述べる様にｂづれも不満足であることが判明した
。

３− 発明者は上記の２つの大きな問題を解決するために記録
装置がおかれるあらゆる条件を設足し鋭意解析を進めた
結果、気泡の混入と目づまりに関して次の諸点につｂて
の対応がなされなければ完全解決は不可能であるとｂう
結論に達した。即ち気泡が混入する原因として先にも述
べた通り外的要因によるものの他に従来余り考慮されて
いなめキャビテーションによる内部発生的々ものがある
がこのキャビテーションに関してはインク中ノ微小気泡
が問題であることが判明した。一般にキャビテーション
は高論負圧によって起るが、微小気泡が存在する場合そ
の限界となる負圧は極端に低くなる。従ってインクが噴
射された直後の小さな負圧によりても十分キャビテーシ
ョンが起シ得る状態と々っている。これはインクを噴射
する記録ヘッドの大小、形等により差異はあるものの必
ず起り得るものである。、咬たこの微小気泡が存在する
原因としてはインク中に溶解している空気（主　　□と
して酸素及びチッ素）が大きな役割を果している。即ち
水性インクの場合２０Ｃに於ては第１図に４− 示す工うに水中に１．６係の空気が溶は込んでおりしか
もこの溶解層は温度が高くなるほど小さくなる。即ち記
録中にｒＩＡｆが低温から高温ヘシフトすると溶解して
ＬＡ？空気は微小気泡となってインク中に析出するので
ある。前述のインク循環による方法はインク交換時等の
大負な気泡につｂては効果はあるものの気泡混じりのイ
ンクをタンクにｒＰ１収すれば微小気泡を生じさせるも
ととなってし１う６またそうでなくてもインクに振動等
の刺激を与オること自体が微小気泡発生のもととなる。

ｔた前記の気泡除去装置は比較的大きな気泡は捕獲でき
るものの直径数μｍという微小気泡に対しては余り効果
がなく、またキャビテーション対策トして前記の特公昭
５３−２０８８２号に記載されたものはインク中の酸素
を取り除いてしまうものであるが、依然としてチッ素は
インク中に浴存し温度変化に１って微小気泡を生じるこ
とは明らかである（酸素のみを取り去っても体積比で％
はチッ素が溶は込んでいる６第１図参照、）従って記録
装置がどの工うな条件におかれても安定した記５− 録を行うためにはこの点についての考慮が必要である。

次に目づオりについては蒸発しにぐいインクの改良等が
行われてｂるが、記録後の印字速乾性とけ矛盾する要素
が強く解決されていなｎ６ｉｆｒノズル前面への湿式あ
るｈは乾式のフタ等の改良があるがいずれも高温状態で
は常温に比し著しく効果が落ちる。さらに注意すべ＊　
ｉｊ配録ヘッドのノズル部もさることながら、記録ヘッ
ドへとインクを導くインク導管は一方では配録ヘッドの
移動につれて自在に動くフレキシビリティが要求される
ため高分子材料で構放される。ところがこれらの高分子
材料はもっとも性能が裏込とされる塩化ビニリデン系統
の樹脂でも必ず壁面を通してのインクの蒸発が起り得る
。特に高温状態では著しく。

例えノズル部からの蒸発が押えられても、この導管かＣ
）の蒸発にニジ結果的に目づまりを起してしまう。

さらに１度目づまシを起したものは前記実開昭５４−６
６８５３号等の強制排除手段をもってして６一 も極細のノズル部を完全回復させることは困難でインク
の飛行の直線性等が現われる。さらには前記導管の壁を
通しての空気が透過し導管中インクを飽和状態にするの
でいずれにしても初期状態での記録は安定し々いことが
あり得る。

以上に述べてきた様に従来の改良でＦｉｔだまだ不満足
な点が冬〈本発明はこれらの欠点をすべて解決すべくな
されたものであり、以下図面に基づｈて本発明の説明す
る笛２図は本発明の記録′＠置の略横圧例を示したもの
であり図に於て１は記録ヘッド、２はインクタンク（カ
ートリッジ等）、３はインクタンク２から記録ヘッド１
ヘインクを導くインク導管である。

このインク導管３の途中には切換弁４が設けられ。

一方は空気圧送ポンプ５へと接続されてｂる。さらに記
録ヘッド１前面には記録装置の適当な位置に於てノズル
部ｌＯと係合する如く設けられｔ空間部をもっｔインク
吸入ふた６が配置され導管７を通じてインク吸入ポンプ
８を介して廃液タンク９へと結合されている。かかる横
圧の記録装置の動作を説明するに先たち記録ヘッド１に
ついて詳し７− 〈述べる。

記録ヘッドｌの構ぼけ第３図Ｃα１に示す如くガラス基
板２１の両面にエツチングによって複数の圧力室２２．
ノズル２３等の溝を形原し、これらの圧力室２２にイソ
〃を導く比較的内容積の大きいインク＋１ザーバ一部２
４を介してパイプ１５からインクが供給される構造であ
る。このヘッドの構造をもう少し詳しく述べると１両面
に溝の形成されたガラス基板２１と同一の厚みのガラス
片２５を第３図１６１に示すように並置し、この両側か
ら振動板（可撓壁）となる比較的薄いガラス板２６及び
２７を融着等の方法で接着する。このときガラス基板２
４とガラス片２５及びガラス板２６．２７で作られる空
間がリザーバー２４を形成する。

従ってこの空間はエツチングで作られた圧力室２２、ノ
ズル２３等の１０〜数１００μｍの深さの溝部分に比し
、十分容積が大きい、肖りザーバ一部の一方は栓１６に
工す閉じられる。さらＫ　１１ザーバー２４と圧力室２
２の間にエツチングによるフィルタ一部２９も同時に形
成することもできる。振８− 動板２６及び２７の上方（圧力室２２に対応する部分）
には圧電素子（図示せず）が配され電気パルスに応じて
インクがノズル２３から噴射される。

そしてインクの充填性を良くするために円形の圧力室２
２の前後にインクの流れを矢印の如く壁面に沿わせるよ
う々島状の突起２８を設けることもできる。

次に第４図にて吸入ふ霞６が記録ヘッド１のノズル部２
３と係合する様子を示す。吸入ふｆｆｆｌｔ空間部６α
を有し矢印方向に移動する構造となっており必要に応じ
ノズル部２３に同図に一点鎖線の如（密着的に係合し、
さらにこの空間部は導管７と接続している。また第５図
に示す様にヘッド１を保護する目的で設けられたヘッド
カバー１１の前面に密着的に係合する空間部６α−を有
する吸入ふた６１も同様の目的を達することができる。

以上第２図、第３図、第４図に基ついて本発明の記録装
置の動作を説明する。、記録を開始しようとする時（記
録ヘッド１へのインク初期光てんあるいけインクカート
リッジ２交換時を含む）記録９− ヘッド】＃″を吸入ふπ６が設置されて−る位置に移動
し、空間部６αがノズル部２３周囲に密着係合する。

しかる後切換弁４を記録ヘッド１とインクタンク２が接
続される如く切換えて、インク吸入ポンプ８を作動させ
る。導管７を通じて空間部６αは負圧となりインクタン
ク２からインクを吸入し始めやがて配録へ・ソド１のイ
ンクリザーバ一部２４゜圧力室２２．ノズル２３がイン
クで満される。気泡を除き完全な充てんを期すため少し
余分にインクを吸入し廃液タンク９−・と廃棄する−こ
の工うな負圧によりノズル部２３からインクを吸入する
方法はインクタンク２側を加圧しノズル部２３ニジイン
クを押し出す方法に比べ、インクリザーバー２４１圧力
室２２内にインクが滞留しに〈〈。

スムースな充てんが可能であ多気泡も効率良く排出でき
る。なおノズル２３部より余分に消費されるインクは１
ｃｃ以下でよくほとんど無駄になちない。この工うに記
録ヘッド１内が児全充てんされた後記録ヘッドは図示し
な論キャリッジ等で記録１０− 付蓋へと導かれ記録を開始する、さて記録が終了すると
記録ヘッドは再び吸入ふた部に移動し、切換弁を空気圧
送ポンプ５側に切換える、ここで空気圧送ポンプ５を作
動させ、導管３−２を通じて配録ヘッド１へと空気を送
り込む。この動作で導ｑｌＲ−２及び記録ヘッド１内の
インクはノズル２３から吹き飛ばされ、記録ヘッドｌ及
び導管３−１内にはインクが全く存在しない状態となる
。吹き飛ばされたインクは吸入ふｔ６の空間部６ａに７
？−まるのでこの時吸入ポンプ８を同時に作動させると
インクは廃液タンク９へと廃棄される、なお吸入ふ−ｆ
ｒ６をインク充てん時と同様にノズル２３前面に密着さ
せ吸入ポンプ８を作動させ表がら空気圧送ポンプ５を作
動させるとインクが周囲に飛散する恐れをな（すことが
できる。但しこの場合は吸入ポンプ８で生ずる負圧を空
気圧送ポンプ５で生ずる空気圧より大きくするか、ある
いけ吸入ふた６に圧力調整等を設は空気圧を逃がす等の
考慮が必要となる。以上の動作で記録ヘッド１内には全
くインクが残っていな論ためどのような環境条件下にお
かれても目づまυの心配は全くなく、ノズル２３付近に
も染料のカス等微小ゴミが付着せず、常に安定したイン
クの飛行を保障できる。

上記に於て切換弁４ＩＩ′ｉインクタンク２と配録ヘッ
ト°１を接続するインク導管３の途中に設汁られ、イン
ク導管３を導管３−１及び３−２に分割してｈるが、こ
れはインク導管３−２部分は記録ヘッドｌの動きに追従
してフレキシブルに動ぐ必要があり従って高分子材料で
構成されるため、この部分からのインク蒸発及び空気流
入はさけられない、故に記録ヘッド１のみならずこの導
管３−２部分からもインクを抜き取ることが好ましｂた
めである、な旬導管３−１部分は動く必要がなりためス
テンレス等の金属で構成できるため、蒸発等の心配は全
くな員。この排出動作で消費されるインク量は導管３−
２部分が内径］關、長さ５００関として約０．４　ＣＣ
記録ヘッド１内部（リザーバ一部十圧力室＋ノズル部）
が約０．Ｉ　ＣＣ合計で約０．５　ＣＣであシはとんど
無駄にならないと言える。ここで再び記録を開始しよう
とする時は弁４が切シ変わって前記のインク充てん動作
を行うわとであるが、インク抜負→インク充てんの動作
を１回行うと消費スルインク量は約ｉｃｒ、〜２ｃｃで
ありインクタンク２の内容積が大ｊｋＬｎ場合は余り問
題とならないが小型の記録装置でけがカリの消費量とな
る。従って記録動作が終るたびにインク排出動作を行わ
ずに記録動作終了後ある一定時間経過した場合のみ行う
ようなタイマー１ｊ＞を路を設けることができる、なぜ
ならば、ノズル部２３あるいけインク導管３−２部分か
らのインク蒸発けｔとえは高温下の１９々きびしい条件
であっても瞬間的に起るものではなく、ある時間範囲内
では蒸発量も許容できるほど少なく、ノズル２ａの目つ
まりも起さないからである、さらに吸入ふ−ｆｔ６は内
側が比較的ＷＡＷの高り状態でありふたとして記録停止
時にノズル２３に密着するようにしておくことは本弗明
の構成からみて何ら不都合は生じな込ｆｐめノズルから
の蒸発は相当防げることになる。

従って比較的短時間で再び印字を開始する際は何ら吸入
、排出動作を行なわなりか又はポンプ８を１３− 極（わずか作動させノズル２３より微量インクを暇人す
るのみで記録可能状態とすることができる、以上のよう
麿インク排出・吸入光てん動作によシ目づまりは全くな
くすことができる６′ｔた気泡に関しても初期光てん時
インクタンク交換時、あるいけ不意の衝誰等により、ノ
ズル２３から入り込んだ気泡等に関しては、吸入動作に
よね気泡の追い出しが確実にできる。しかし表からイン
ク中に溶存している空気に関してはなお別の配慮が必要
である。即ち前にも説明しｔ様にインク中の空気を完全
に＊Ｂ除しておく必要があり、この霞めＫはインクを完
全脱気状態にする必要がありかつこの状態を長時間保持
する必要がある。従って第２図のインクタンク２け外気
に対して速断されて論なければなら表い。この霞め本発
明で＃１ｌｌｌｒ６図に示された様なアルミ箔を他の高
分子フィルム（ポリエチレン、ナイロン等）とラオネー
トシた袋３１に導管３−１先端に設けられた針状パイプ
３２と接続可能なゴム等の部＃３３が設けられたインク
カートリッジを使用している。一般に蒸発率あ１４− るいは空気透過率の極〈低い材料として塩化ビニリデン
樹脂が知られこれを用Ｌｎｆｆ積層フィルムが冥用化さ
れており、これらの材料を用いたインクカートリッジを
構度している従来例がある。しかしこれらの材料に於て
も特に高温状態では空気透過係数が著しく上昇してしま
う。理論的にも気体透過係数ＰはＰ　＝　Ｉ’ＱｇＱ　
（−，４Ｔ）　（”　：活性化エネルギー、Ｔ：絶対温
度、Ｒ：気体定数）の如く温に依存性があり、温度が高
くなるほど大＾くなる傾向がある。−例として塩化ビニ
リデン樹脂を用りた複合フィルムの中で商品名１サラネ
ツクス÷２６’Ｃ（株）旭ダウ製、約−厚）を例にとる
と。

例えば酸素透過量は７ｃｒｙ’ｔｎ”、２４ｈｒ、１ａ
ｔｍ　（常温）であり、第５図に示した形状（例えば表
面積２００α冨、内容積２００　ｃｃの水性インク）に
於て約４０日程度でインクは完全に飽和状態となる。こ
れが高温（６５℃）になると数倍〜ｌＯ倍さらに透過率
が大きくなり長期保存に耐えない、そこで本発明Ｔは数
μｍのアルミ箔をラミネートした袋を用いた。

アルミ箔は数１００１の蒸着膜程度でもかなシ透過係数
を低下させることかできるがピンホールの仕在などから
数μｍ程朋の薄膜がニジ望ましい。数μ常程変のアルミ
箔では透過係数及び蒸発率（水蒸気透過率）はほとんど
０とみなされ長期保存に耐える。−ｆｆソし数μｍのア
ルミ箔は袋とした場合剛性が晶（なるので第６図（に示
した様な表面積の比較的大きい偏平な密閉袋を構欣する
必要がある。

即ちインク消費に伴って袋が無理なく徐々につぶれてｈ
（ことが必要であるから自在に変形で六る工うな形をと
り得ない。前述したインク抜き、充てんシステムと共に
この様なインクタンク（カートリッジ）の構Ｗが必要不
可欠である。

以上説明してきた様に本発明け、従来インクジェットブ
１夏ンターの２大火点であった気泡問題及び目づまりを
完全に解決し、あらゆる条件下で使用できる記録装置と
した所にその意義は大負い。

尚１本発明に於て第２図に示したシステム横取は実施例
に限定されず、また空気圧送ポンプインク吸入ポンプ等
もあらゆる形式のものが採用できることはもちろんであ
り、まｔ記録ヘッド構造も第３図に示しｔもの以外にも
応用できることは言をまかない。

【図面の簡単な説明】

第１図１は水に溶解する空気（酸素及びチッ素）の檜を
瀧ｆをパラメータとして示しｆりＩである。 第２図は本発明のＳｅ録装置の略横圧例を示す。 箪３図は本発明に用Ａられｔ記録ヘッドの構造を示す。 第４図及び第５図は本発明のインク吸入ふｔの実施例を
示す。 第６図は本発明のインクカートリッジの一賽施例を示す
。 １：記録ヘッド ２：インクタンク ３：インク導管 ４；切換弁 ５：空気圧送ポンプ ６：インク吸入ふた ７：導管 １７− ８：インク吸入ポンプ １１：ヘッド力バー 】５：パイプ １６：栓 ２１ニガラス基板 ２２：圧力室 ２３：ノズル ２４：インク＋１ザーバー ２５＝ガラス片 あ、２７＝振動板 ２８＝突起 ３１：袋 ３２：パイプ ３３：ゴム部材 １８− 特開昭５８−　１４７６２（６） 湿度（０Ｃ） 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　インク供給口及び噴射ノズルを有するインク噴
   射ヘッド、該インク噴射ヘッドとインクタンクを結合す
   るインク導管、該インク導管の途中に接続され、空気を
   前記インク噴射ヘッドへと送り込む空気圧送手段、前記
   噴射ノズルの前面に必要に芯じて密着され、前記噴射ノ
   ズルからインクを吸引するための空間部を有するインク
   吸入ふｔ及び該吸入ふたに接続されたインク吸入手段と
   から構成されることを特徴とするインクジェット記録装
   置。 １２１　１！７１記インクタンクがアルミ箔をラミネー
   トした複合フィルムで構反されることを特徴とする特許
   請求の範囲Ｍ１項記載のインクジェット記録装置。 １−