JPS60224552A - インクジエツト記録方法及び装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はインクジェット記録装置に関し、ノズルや圧力
室内に発生または浸入した気泡や固形物などのようなイ
ンク液滴の正常な噴射や飛翔な妨げる要因を高効率で排
除し速やかに正常噴射に回復せしめるようにしたもので
ある。

〔従来技術〕

インクジェット記録装置の記録ヘッドについては従来、
い（つかの方式が提案され実用化されている。例えばＷ
ｃ１図はドロップオンデマンド方式と呼ばれる方式の一
例である。今、ノズル２および圧力室３が導管８によっ
て、インク貯蔵器７から導かれたインクによって満たさ
れている状態を考える。ここでパルス発生器９より電気
パルスを圧電変換素子４に印加すれば、記録ヘッド１の
可撓壁５は圧電変換素子４と共に圧電効果によって圧力
室３側に撓み、圧力室３の容積が急激に減少する。この
容積の急激な減少により圧力室３に液圧が発生し、この
液圧によって、圧力室３内のインクがノズル２を通じて
、インク液滴Ａとなって、外部へ噴射され、記録媒体Ｐ
上に付着してインクドツトを形成する。圧力室３内のイ
ンクの減少分はインク貯蔵器８に貯蔵されたインクＢが
導管７を通じて圧力室３内に流入し、これを補う。

ところで、インク液滴Ａの正常な噴射、飛翔を妨げる要
因は様々存在するが、それらのうち、通常の使用時にし
ばしば発生するものとして、ノズル２や圧力室３内に存
在する気泡や固形物がある。

即ち、ノズル２や圧力室３内に気泡が存在すると、圧力
室３で発生した圧力の全部または一部がこの気泡に吸収
されるため、インク液滴を噴射できなくなるとか、また
、噴射はするが飛翔速度が変動して、真直に翔ばなかっ
たり、インク液滴Ａがいくつもの小滴に分離して飛び散
るなどの異常が発生する。

また、ノズル２内に凝固物や塵埃婢の固形物が存在する
と、インクの正常な噴射が妨げられ、極端な場合には、
ノズル２が目詰りして、インク液滴Ａは全く噴射できな
くなる。固形物が圧力室３内に存在する場合には、すぐ
には異常とならないが、倒れノズル２の目詰りの原因と
なって上記に述べたような問題が発生する。

更に、記録へ、ド１のノズル２の外面は記録紙Ｐに近接
しているために、ノズル面に紙粉などのダストが付着し
たりして、噴射方向不良や噴射不安定等の噴射不良を惹
起する。

こうした異常噴射や噴射不良の原因となる気泡や固形物
は次のような理由で発生すると考えられる。即ち、記録
装置（図示せず）の記録動作中や、待機中に記録へ、ド
１に異常な衝撃が加わり、ノズル２から気泡を吸い込ん
でしまう場合、記録動作中にパルス発生器９から圧電変
換素子４に印加される電気信号にノイズが重畳するとと
Ｋよって、ノズル２内のインクのメニスカスの正常な振
動が乱されノズル２から気泡が吸い込まれてしまう場合
、インク中に溶存していた空気が析出する場合、また、
記録装置の非動作中に周囲温度が変化し、インクが熱膨
張または収縮してノズル２から気泡が吸い込まれる場合
など、多くの理由がある。また、固形物はプリントへ、
ド１を長時間使用せずに放置した場合や、環境湿度が異
常に低い場合にノズル２内のインクが乾燥固化して発生
したり、空気中に浮遊する塵埃や記録紙Ｐから発生した
紙粉がノズル２内に進入することによっても発生す−へ
　− る。また、固形異物が元々インク中に含まれていたり、
経時変化によってインク中に発生することもある。

このようなプリントヘッド１のノズル２からのインクの
正常な噴射・飛翔を妨げる気泡や固形物を排除するため
に、従来はインクに所定圧以上の洗浄液圧をかけ（洗浄
液圧をかける方法は図示せず）圧力室３およびノズル２
内に強制的なインク流れを形成するという方法（）（−
ジ）が採られてきた（例えば特開昭５２−１５００３０
号公報）。

しかしながら、このように単に洗浄液圧をかけて強制的
なインク流れを形成するだけでは、気泡や固形物を排除
する効果が十分でなかった。即ち、気泡や固形物がノズ
ル２や圧力室３内の壁に付着している場合や、この壁の
近傍に存在する場合には、これらの場所でのインク流速
が十分でなく、排除できないことが多かった。特に記録
ヘッド１が第１図に示されているように水平に保持され
ず、ノズル２側が下になるように傾いて保持される場合
には、気泡がその浮力によってノズル２とは逆　６− の方向に移動する傾向があり、このような場合には殆ん
ど排除することが不可能であった。

このように気泡や固形物がノズル２や圧力室３から排除
されない場合、従来はインク流れを形成するという動作
を何度も繰り返す必要があったので、高価なインクが無
駄に棄てられてしまうという問題があった。記録装置上
で、記録へ、ド１が正常に回復しない場合には、記録へ
、ド１が故障品と見做され、記録装置から記録へ、ド１
を取り外した後、別途にインクを洗浄再充填する必要が
あり、甚しい場合には高価な記録へ、ド１が不良品とし
て廃棄されることもあった。

記録へ、ドの他の回復手段としては、特開昭５８−１０
１０６６　号公報に開示されたように１記録へ、ドのノ
ズルを含むインク流路の一部又は全部を加熱する加熱手
段を設け、インクジー、ト記録装置の非記録動作時に、
上記各部の温度を記録動作時の温度より上昇させるよう
にして、前記加圧インク流と併用してパージさせるもの
がある。しかしながら、この方式では、インクを高温に
するために、印字可能な温度に戻すまでにかなりの時間
を待たねばならないという不都合がある。

記録ヘッド１の更に他の回復手段としては、特開昭５８
−１８２７３号公報に示された方法がある。

これは記録へ、ド上の振動子に低周波数の振動をさせて
ノズル内の気泡を除去するものである。しかしこの方法
では低周波振動によるノズル内のインク排出に対してイ
ンクの供給が追いつかずノズルから逆に気泡を吸引する
恐れがある。また低周波振動を長時間性なうようにする
と回復時間を要する。更に圧力室の上方にノズルを設け
た場合には効果があるが、ノズルが下方に傾いている場
合には気泡排出が不完全となる欠点がある。

このように気泡や固形物を排出して正常状態に回復する
従来の手段ではそれぞれ長所、短所を有しているため、
場合によって短所が強調され、何れも未だ確実に印字不
良を解消し、かつ回復効率のよい方法・手段が得られて
いない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、記録へ、ドのノズルからインクの正常
な噴射−飛翔を妨げる気泡や固形物を除去する従来の技
術において、このように著しく効果の悪かった点を改め
、新たに効率が高く、確実・安定した手段で、しかも安
価で簡便で実装が容易な手段を提供することにある。

〔発明の構成〕

本発明のインクジェット記録方法は、少なくとも１個の
インク噴射ノズルを有する記録へ、ドの各ノズルの異常
噴射を回復手段により回復せしめたのち、正常噴射に復
帰したか否かを検知手段により検知し、未回復を検知し
たときには引続き異なる回復手段により回復せしめて、
再び前記検知手段により検知し、これを繰返すことによ
り正常噴射を可能にならしめることを特徴とするもので
ある。更Ｋ、この方法を具体化する装置として、少なく
とも１個のインク噴射ノズルを有する記録へ、ドを被記
録材に相対的に移行せしめて、選択的に各ノズルより文
字・図形を記録するオンデマンド形インクジ、ット記録
装置において、咄記各ノズルの噴射異常検知手段と、該
噴射異常を回復させるための複数の異なる噴射異常回復
手段とを設けたことを特徴とするインクジェット記録装
置を提供するものである。

〔実施例〕

以下、図示実施例に基づいて本発明を詳述する。

第２図は本発明に係るインクジェット記録装置の概略を
説明する図であり、第３図はそのシステム構成を示す図
である。

これらの図において、記録ヘッド１は複数のノズル２、
複数の圧力室３、共同インク室６および圧電変換素子４
等から成り、インク供給管７、インク貯蔵器８に流体接
続している。また前記圧電変換素子４は外部の電気パル
ス発生器９に電気的に接続されている。

また１０は記録紙Ｐを給送する円筒状のプラテンである
。該プラテ７１０はモータ等（不図示）によって駆動さ
れて回転し、記録紙Ｐをプラテン】０に密着するよ５Ｋ
Ｌで搬送する。

複数のノズル２を有する記録へ、ド１はキャリ、ジ１１
に接続されたワイヤ又はベルト等の伝導部材１２および
これを駆動するモータ１３Ｖｃよって、プラテン１０の
軸と平行方向に、記録紙Ｐに接近して左右に移動する。

記録ヘード１はこの左右移動中にノズル２から記録紙Ｐ
に向けてインク滴を噴射し、記録紙Ｐ上にドツトマトリ
クス状の文字又は画像を形成する。

記録へ〜ド１のインク流路内に気泡や凝固物ができると
、良好な印字記録ができな（なるので、インク滴の噴射
不良を検知したとき、又は一定時間毎、あるいは印字動
作を始動する前に１記録へ、ド１内は前記インク貯蔵器
８内のインクを加圧用エアポンプ必により圧送してイン
ク流路中の気泡や異物を強制的に排除（パージ）する。

このため、記録ヘッド１を搭載するキャリッジ１１を、
プラテン１０の軸方向に回転自在に設けられたキャップ
ローラ１５の方向に移動する。このキヤ、プローラ１５
の外周面に記録へ、ド１のノズル面２人が近接して相対
する（パージ位置）。第２図はこの状態の概略図である
。キャップローラ１５は同軸に固定したウオームホイー
ル１６ト、これにかみ合うウオーム１７および駆動用モ
ータ１８により動力伝達されて矢印方向に回転可能とな
っている。キャップローラ１５の下方であって該ローラ
１５の外周面に接近してパージ用細管１９が設けられて
いたチューブ加に接続し、更に密閉状の廃液タンク２１
に接続している。該廃液タンク２１は更に吸引用のチュ
ーブｎを介して排気用のエアポンプ２３に接続されてい
る。

前述のパージ動作によって、記録へ、ド１内の気泡や異
物が加圧インクと共に排出されると、これらは前記キャ
ップローラ１５の外周面とこれに近接して対峙する記録
ヘッド１のノズル面２人との間に溜ってインクの液柱（
インクコラム）を形成する。このインクコラムは、エア
ポンプ囚による吸引空気流によって細管１９から吸引さ
れて、チューブ加を通って廃液タンク２１内に貯溜され
る。

このようなパージ動作を所定時間、例えば約５秒行なう
と、記録へ、ド１内の気泡や異物は除去されて目詰りが
な（なる。次に加圧インク流の供給をやめ、所定時間、
例えば約１０秒経過した後にエアポンプによる吸引を開
始すると、インクコラムは消滅し正常のインク液圧に復
帰し、再び正常のインク滴噴射が可能になる。次いで噴
射ミス検知装置１４の位置に記録へ、ドを移行して対峙
せしめ、各ノズルから順次インク滴を噴射せしめて噴射
ミスの有無を検知する。

上記噴射ミス検知装置１４の一例として、電荷量計測型
がある。この型式は、記録へ、ドのノズル近傍に配置さ
れた荷電電極と、前記ノズルのインク噴射口に対向して
配置された受信電極と、該受信電極への荷電インク粒子
の飛翔到達を検知する検出回路とを具備した噴射ミス検
知装置であり、これＫより、噴射ミスを確実に検知でき
、しかも人による監視を不要にしたものである。

上記のパージと噴射ミス検知とは、インクジ８、ト記録
装置に電源スイッチなＯＮにしたとき、またはその後一
定時間毎Ｋ、あるいは印字不良を生じたときのそれぞれ
において実施することは、その回復インク量の無駄と動
作時間のロスとなるから、それぞれの状況に応じて適切
な処置を行なシ　１’Ｊ　− うことが望ましい。例えば、ノズル面が塵埃等により汚
れたために印字不良となった場合１ｃは少量のインク流
量で回復が可能である。また電源投入直後にキャップロ
ーラ１５をノズル面２人から除去してパージするときに
は、更に少量のインク流量で回復が可能である。

第４図は本発明の構成による実施例を示すフローチャー
トである。同図においては、−例として記録へ、ド内に
流入させるインクの流量のみをそれぞれ変化させた３種
類のパージ方法を設けた場合を示す。

先ず、電源ＯＮの直後には、記録へ、ド１のノズル面２
人は今までキヤ、プ機構のキャップローラ１５によって
保護されていたため比較的清浄であり、ノズル２等の流
路内も気泡や固形物等が混入するおそれは少ない。よっ
て０．１ｅｏ程度の比較的少ないインク流量を流出せし
めるパージ（以下建ニパージと呼ぶ）で十分である。ミ
ニパージ後に前記噴射ミス検知装置１４によって正常噴
射に回復されたか否かを検知し、正常噴射であることが
検知・１４− 確認されたなら、記録へ、ド１は印字待機状態となる。

上記ミニパージによっても正常噴射に回復しない場合、
あるいは印字動作中に噴射異常を引き起した場合には、
−上記０．ｌｅｅ程度のインク流量によるミニバージで
は不充分であり、インク流量を増し０．２〜０．３ａｃ
程度の流量としたパージ（以下シ、−トパージと呼ぶ）
を行なう。これは印字動作中にノズル面２人が大気中に
曝されているから、大気中の塵埃や紙粉等がノズル面２
人に付着し、ノズル２の出口付近でインク滴噴射に影響
を及ぼし噴射方向不良を生じたり、更にインク流路内に
混入し、噴射異常を引き起し、ひいては気泡が混入した
り、あるいはインク流路内の急激な圧力変化によるキャ
ビテーションにより気泡が発生する等の問題による噴射
異常である。この対策としてのシ、−トパージを行なう
ことにより、正常噴射に回復されたことを噴射ミス検知
装置１４によって検知されたなら、印字待機状態となる
。ここで正常噴射に回復していないことを検知したなら
、予め設定しておいた所定回数、例えば３回繰返しシ、
−トバージを行ないその都合検知して正常になったら印
字待機とする。

所定回数ショートバージを繰返してもなお、回復しない
場合には、ＬＥＤ等の表示装置又は警告音によってエラ
ー表示を行ない、オペレータにエラーを知らせる。オペ
レータはこれによって電源スイッチをＯＦＦ　Ｉｃする
か、又はセレクトスイッチの選択によって、後述のロン
グバージを実施する。

ロングバージはかなりのインク流量、例えば１，０〜２
．Ｏｅｅのインクを強制排出させるものであるが、イン
ク流量を複数段階に設定し、異常噴射状況に応じてセレ
クトスイッチにより選択して実施してもよい。またセレ
クトスイッチの１つにマニュアルによるロングパージを
含めてもよい。ロングバージが終了したなら、検知装置
１４１Ｃより正常噴射の可否を判定して、印字待機又は
再度のロングバージへ移行せしめる。なお、前記シ、−
トハージを所定回数実行しても、なお正常噴射に回復し
ないとき、エラー表示やオペレータセレクトをせずに、
直ちに自動的にロングバージに移行してもよい。また行
なう場合、異常がインクの残量不足である場合には、イ
ンクカートリッジを変換してからロングバージを行なう
とよい。

このようにミニバージ、シ、−トバージ、ロングバージ
の３種類の異なるインク流量によるパージ手段を併用す
ることにより、（１）インク消費量をできるだけ少なく
、（２）回復効率を高く、（３）待機時間をなるべく短
かくすることが合理的に可能となる。即ち、ノズル面２
人の清掃については少量のインク流量によるミニパージ
で十分であり、通常の印字動作中の噴射異常に対しては
インク流量のやヤ多いシ、−トバージを１ないし所定回
数行なえばよい。更にインク貯蔵器内のインク残量不足
により記録ヘッドの内圧が低下しノズル２より気泡を吸
い込んだ場合などには、インク流量の多いロングバージ
を行なうことＫよって、正常噴射に合理的に回復される
。また、このように３種類あるいは更にロングバージが
多段階の場合、どの種類のパージを行なっているのか表
示装置によって表　１７− 示を行なうとよい。

第４図のシーケンスでは、上記３種類のパージ手段によ
る回復動作は、全（独立に選択することはできず、すべ
てシーケンスにより制限を受けているが、本発明ではこ
れに限られるものではなく、ある噴射異常に対してオペ
レータが判断して、何れかのパージ手段をマニュアル選
択できるようにすることも可能である。

第５図はインク流量とパージによる回復効率との関係を
示す図である。ここで回復効率とは、記録へ、ドのノズ
ル２、圧力室３を含むすべてのインク流路に対して、人
為的に一定の条件で噴射異常状態を起させ、その後、前
記各パージ手段のインク流量に対してどれだけインク流
路が回復したかを割合としてめたものである。なおこの
ときのインク温度は（９）℃、インク流速は２．０ｃｃ
／ｒｆＩＩｎである。

次に、異なる回復手段として、前記インク流量の差によ
るパージ手段の他に、インク流速やインク温度を変える
ことも可能である。

１８− 記録へウド内又はインク供給系内に発生した気泡の径に
よっては、パージ処理時のインク流速との相関があり、
ある気泡の径、たとえば直径約０．１ｎ以下の気泡では
、ある流速を越えると排出されない場合がある。第６図
はインク流速と回復効率との関係を示す図である。ここ
でインク温度は加℃、インク流量は１．０ｃｃである。

この実験によればインク流速が４．０〜６．　ＯａＣ／
ｍｌｎのとき最も回復効率が良い。

また、インクの温度を高めると、気泡はインクに吸収さ
れ易くなり、回復効率は高まるが、印字可能となる通常
の温度に戻すにはかなりの時間を要するというデメリッ
トもある。第７図はインク温度と回復効率との関連を示
す図である。ここでインク流速を２．３　ｅｃ／ｍｉｎ
　、インク流量を１．Ｏａｃに設定しである。

更に、回復効率を高めるために、インク流路内壁に付着
した塵埃・気泡などを振動により移動し易くする方法が
ある。−例として、液滴噴射用の圧電素子に電気パルス
信号を印加して、該圧電素子を振動させてインクと共に
排出させるノく−ジ方法によれば回復効率が高まる。し
かし印字時に圧電素子に印加する振動エネルギーでは強
過ぎるため、逆に気泡を生じたり気泡を吸い込んだりす
る結果となり、このため振動を弱める必要がある。

この場合に、従来は、印加電圧を印字時よりも下げたり
、もしくは印加信号の駆動周波数を掃引させるなどの手
段がとられている。しかし電圧を切換えるためＫは電気
回路上からみてコストアップとなり合理的でない。

本発明者は印加電圧の立ち上り時定数、立ち下がり時定
数が一定でも、印加ノ（ルス幅を極端に短かくすること
により、実効的な電圧を下げ、全体としての振動を小さ
くすることＫより、回復効率を上げることが可能である
ことを実験的に確認した。この機械的振動は各インク流
路の形状により適正値が存在し、圧電素子駆動時の）く
ルス幅を各インク流路ごとに変えるか、又は各インク流
路でパルス幅は同一にして振動を複数回繰り返し行ない
その各回ごとのパルス幅を変えることによって回復効率
が上昇するものである。第８図は上記機械的振動を加え
た場合の回復効率を示す図である。

図において、曲線囚は印加電圧を３５Ｖ、印加パルス幅
を（９）μｓ＠ａ　にしたもので、インク流量を少くし
て回復効率が優れたものである。曲線（Ｂ）は印加電圧
を１２０　Ｖ、印加パルス幅を６μ５ａｅＫｉＱた特性
である。曲線（ｑはインク流のみでパージを行な５４Ｇ
性図を示し、これに対比すれば振動による効果が大きい
ことが判る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のインクジェット記録方法
および装置は、噴射異常の原因によって異なる回復手段
を複数用いることが可能で合理的に効率よく回復させる
ものであり、電気回路を複雑化することなく、駆動系の
ソフト的シーケンスを構成することにより、それぞれの
回復手段の長所を引き出すことができ、記録へ、ドやノ
ズル内に発生又は浸入した気泡や固形物を高い効率で排
除することができるものである。

【図面の簡単な説明】

２１− 第１図は従来の記録へ、ドの構造を示す図、第２図は本
発明に係るインクジェット記録装置の概略を説明する図
、第３図はそのシステム構成を示す図、第４図は本発明
の構成によるシステムのフローチャート、第５図ないし
第８図はパージ時のインク特性と回復効率の関係を示す
図である。 １・・・記録へ、ド　２・・・ノズル ２人・・・ノズル面　３・・・圧力室 ４・・・圧電変換素子　８・・・インク貯蔵器１４・・
・噴射ミス検知装置　１５・・・キヤ！プローラ１９・
・・パージ用細管 代理人　弁理士　野　１）義　親 −η−

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）　少なくとも１個のインク噴射ノズルを有する記
   録へ、ドの各ノズルの異常噴射を回復手段により回復せ
   しめたのち、正常噴射に復帰したか否かを検知出段によ
   り検知し、未回復を検知したときＫは引続き異なる回復
   手段により回復せしめて、再び前記検知手段により検知
   し、これを繰返すことにより正常噴射を可能にならしめ
   ることを特徴とするインクジェット記録方法。
2. （２）　少なくとも１個のインク噴射ノズルを有する記
   録ヘッドを被記録材に相対的に移行せしめて、選択的に
   各ノズルより文字・図形を記録するオンデマンド形イン
   クジ１．ト記録装置において、前記各ノズルの噴射異常
   検知手段と、該噴射異常を回復させるための複数の異な
   る噴射異常回復手段とを設けたことを特徴とするインク
   ジ８、ト記録装置。
3. （３）　前記噴射異常回復手段の少なくとも１つは、前
   記記録へ、ド内のインクを強制的にノズルから外部に排
   出させるパージ手段であることを特徴とする特＃ｆ＃ｌ
   ＩＩ求の範囲第２項に記載のインクジェット記録装置。
4. （４）　前記パージ手段において、排出させるインクの
   流速、流量、温度のうち少なくとも１つを異ならせたパ
   ージ手段を複数設けることを特徴とする特許請求の範囲
   ＷＪｚ項又は第３項記載のインクジェット記録装置。
5. （５）　前記パージ手段の少なくとも１つが、インク排
   出時に骸インクに機械的振動を加えながら行なうパージ
   手段であることを特徴とする特許請求の範囲第２項ない
   し第４項の何れか１項に記載のインクジェット記録装置
   。