JP2004284277A - インクジェット記録ヘッド、インクジェット記録装置及びインクジェット記録ヘッドへのインク供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インク吐出特性のばらつきを低減し、小型化、低コスト化を実現するとともに、良好な気泡排出性が得られるインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置を提供する。
【解決手段】複数の圧力室１４にインクを供給するインクプール２０は、ノズル連通室１６が形成された円柱部２８以外の部分で連通され、複数のノズル１２が配置されたノズル列の行列長と略同一幅となるように形成されている。インクプール２０は複数の圧力室１４で共通化された構造となっており、インクプール２０内のインクは、開口部２２からインク供給路１８を通って各圧力室１４に供給される。これにより、インクプール２０を深くすることなく、インク吐出特性を安定化できる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクを吐出させて画像の記録を行うインクジェット記録ヘッド、該インクジェット記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置、及びインクジェット記録ヘッドへのインク充填方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、インク滴を吐出させるノズルを多数マトリックス状に配置したインクジェット記録ヘッドとして、例えば図１３に示すものが開示されている。
【０００３】
このインクジェット記録ヘッドは、インク滴が吐出される複数のノズル１０２と、個々のノズル１０２と連通しインクが加圧される複数の圧力室１０４と、図示しないインクカートリッジからインクが開口部１１２を介して導入されるインクプール本流１１０と、このインクプール本流１１０から櫛歯状に延設されるインクプール支流１０８とを備えている。このインクプール支流１０８は、複数の供給口１０６を介して個々の圧力室１０４と連通している。また、図１４に示すように、圧力室１０４の底面には、個別電極１１４を備えた圧電素子１１６が取り付けられている。
【０００４】
このようなインクジェット記録ヘッドでは、図示しないインクカートリッジからインクが開口部１１２を通ってインクプール本流１１０に導入され、さらにインクはインクプール支流１０８に分流される。インクプール支流１０８に流入したインクは、複数の供給口１０６からこれに連通する個々の圧力室１０４に供給される。圧力室１０４では、個別電極１１４に電圧を印加することによって圧電素子１１６が駆動され、インクが加圧されることによってノズル１０２からインク滴が吐出される（例えば特許文献１を参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３３４６６１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記インクジェット記録ヘッドでは、１本のインクプール支流１０８に沿って配設されたノズル列を長尺化する場合、インクプール支流１０８の巾が狭いためインクの流体抵抗が大きく、 インク吐出特性にばらつきが発生してしまう。特に、支流先端部と支流根元部においては流体抵抗の差により、特性が異なる。インクの流体抵抗を小さくするには、インクプール深さを大きくする必要があり、ヘッド外形が大型化し、コストが増大するという問題がある。
【０００７】
また、各々のインクプール支流１０８には、図１３に示すように、インクの流れ方向における下流部に支流端部１０９が存在する。このため、各支流端部１０９付近でインクの流れに淀みが生じやすく、その淀み箇所に気泡が残留してしまい、印字動作中にこの気泡が動き、圧力室内に侵入する事により、インクの不吐出を招き問題となる。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、インク吐出特性を安定化すると共に、気泡排出性を向上させることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明に係るインクジェット記録ヘッドは、インク滴を吐出するノズルが列状に形成されたノズルプレートと、貯留したインクを各々の前記ノズルから吐出させる圧力室と、前記圧力室へインクを供給するインクプールと、を備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、同色のインクを貯留する前記圧力室には、圧力室と異なる層に形成され、同色のインクを吐出する複数のノズル列の行列長と略同一幅のインクプールからインクが供給されることを特徴としている。
【００１０】
請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドによれば、 同色のインクを貯留する圧力室に共通のインクプールからインクが供給される。このインクプールの巾は複数のノズル列の行列長と略同一幅とされ、広い空間となっている。なお、「行列長」とは列と直交する行の長さをいう。これにより、インクプール内でのインクの流体抵抗を下げることが可能となる。このため、インクプールを深くしてヘッドサイズを大きくすることなく、インク吐出特性を安定化することができる。これとともに、ヘッドの小型化、低コストを実現することが可能となる。
【００１１】
請求項２に記載の発明に係るインクジェット記録ヘッドは、請求項１に記載の構成において、前記インクプールの長さは、前記ノズル列の長さより長く構成され、該インクプールの両端部にインクを供給するインク供給口が形成されていることを特徴としている。
【００１２】
請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドによれば、インクプールの長さがノズル列の長さより長くされ、 インク供給口がインクプールの両端部に配置され、その両インク供給口からインクが導入される。このため、従来のインクプールのように流末壁が形成されず、インクの淀み箇所ができにくく、気泡排出性を向上することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明に係るインクジェット記録ヘッドは、請求項２に記載の構成において、前記インク供給口の少なくとも一方には、インクの流入量を調整する調整弁が設けられたことを特徴としている。
【００１４】
請求項３に記載のインクジェット記録ヘッドによれば、インクカートリッジ内のインクが、２つのインク供給口からインクプール内に供給される際に、インク供給口の少なくとも片方のインクの流入量を調整することができる。このため、２つのインク供給口から導入されたインクがインクプール内でぶつかる位置をずらすことが可能となる。
【００１５】
すなわち、２つのインク供給口から導入されたインクが常にインクプールの中央部付近でぶつかると、その部分のインクの流れが不安定になり、気泡が残留することが懸念されるが、本発明のように、インクプール内でインクがぶつかる位置をずらすことによって、インクの淀み箇所を移動させることができる。このため、インクプール内に気泡が残留しにくくなり、気泡排出性を向上することができる。なお、「流入量を調整する」とは流入を止めることも含む意味である。
【００１６】
請求項４に記載の発明に係るインクジェット記録装置は、請求項１乃至は請求項３に記載のインクジェット記録ヘッドを使用したことを特徴としている。
【００１７】
請求項４に記載のインクジェット記録装置によれば、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドを使用することにより、インク吐出特性のばらつきの少ない装置を実現でき、画像ムラ等の発生を防止することができる。さらに、装置全体の低コスト化が可能となる。また、請求項２又は請求項３に記載のインクジェット記録ヘッドを使用することにより、気泡排出性を向上することができ、吐出不良のない高品質な画像を得ることができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、 請求項３に記載のインクジェット記録ヘッドにインクを供給する方法において、前記調整弁を開いて前記ノズルからインクを所定時間吸引するステップと、所定時間経過後、一方の前記調整弁を閉じ、ノズルからインクを再吸引するステップと、を有することを特徴としている。
【００１９】
請求項５に記載のインクジェット記録ヘッドへのインク供給方法によれば、１回目と２回目のインク吸引時に、２つのインク供給口からのインク流入量を変えることで、インクの淀み箇所を移動させ、気泡排出性を向上することができる。これにより、吐出不良の少ない高品質の画像を得ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るインクジェット記録ヘッドの第１実施形態を図１から図７に基づいて説明する。
【００２１】
図１及び図４に示すようにインクジェット記録ヘッド１０は、マトリックス状に複数開けられたインク滴を吐出するノズル１２と、貯留したインクを加圧する複数の圧力室１４とを備えている。さらに、ノズル１２と圧力室１４とを連通するノズル連通室１６と、圧力室１４にインクを供給するインク供給路１８と、このインク供給路１８の開口部２２へインクを導くインクプール２０とを備えている。このインクプール２０は、上部の複数の圧力室１４と異なる下部層に設けられている。
【００２２】
このインクジェット記録ヘッド１０は、ノズル１２が形成されるノズルプレート２４と、ノズル連通室１６とインクプール２０とを形成するインクプールプレート２６と、ノズル連通室１６と開口部２２とを形成するスループレート３０と、インク供給路１８が形成されるインク供給路プレート３２と、圧力室１４が形成される圧力室プレート３４とを順番に接合し、その後、ノズルプレート２４の表面に撥水コート膜を被覆すると共に、エキシマレーザにて複数のノズル１２を開けることで作られる。接合後はノズル１２と逆の面は、ノズル連通室１６と圧力室１４とインク供給路１８と開口部２２とが開口した状態となっている。
【００２３】
さらに、図４に示すように圧力室プレート３４の上部には、圧力室１４の上面を塞ぐ振動板３６と、圧力室１４と対向する位置に接着されている圧電素子３８と、圧電素子３８の上にボール半田４０を介して接合されている電気基板４２とを備えている。
【００２４】
なお、ノズルプレート２４の材質はポリイミドであり、インクプールプレート２６、スループレート３０、インク供給路プレート３２の材質はＳＵＳである。
【００２５】
図２及び図３に示すように複数のノズル１２は、同色のインクを吐出する複数のノズル列（図中の縦方向の列）を形成するように長手方向に並んで配置されており、これらの複数のノズル列の行列長と略同一幅のインクプール２０が４つ設けられている。このインクプール２０には、ノズル連通室１６が形成された複数の円柱部２８が設けられているが、 その他の部分が連通された広い空間となっている。そして、このインクプール２０に開口部２２を介してインク供給路１８及び圧力室１４が連通され、圧力室１４で１つのインクプール２０が共通化された構造となっている。
【００２６】
図６及び図７に示すようにインクジェット記録ヘッド１０には、インクを補給する４つのＹＭＣＫのインクカートリッジ５２がキャリッジ５０内に交換可能に取り付けられている。また、図３に示すように、インクプール２０の長手方向における一方の端部にはインク供給口４４が設けられており、このインク供給口４４はインク導入管５４を介してインクカートリッジ５２に連結されている。
【００２７】
図３及び図５に示すように、インク供給口４４からインクプール２０内に供給されるインクの流れ方向端部には、この流れ方向に対して傾斜する方向に内壁４６が形成されている。そして、この内壁４６付近にインク供給路１８と連通する複数の開口部２２が配置される構成となっている。
【００２８】
次に、このようなインクジェット記録ヘッド１０の作用について説明する。
【００２９】
インクカートリッジ５２内のインクはインク導入管５４を通ってインク供給口４４からインクプール２０に供給される。インクプール２０内に供給されたインクは、インク供給口４４の長手方向の反対側に向かって流れる。インクプール２０には、開口部２２を介して複数のインク供給路１８が連通しており、インクは開口部２２、インク供給路１８を通って各圧力室１４に供給される。さらに、インクプール２０内のインクは長手方向下流側の内壁４６にぶつかり、内壁４６の傾斜方向に沿って流れる。
【００３０】
一方、圧力室１４では、圧電素子３８に図示しない電源から電圧が印加されることによって、振動板３６が圧力室１４の方向に変形し、圧力室１４内のインクが加圧される。これにより、ノズル連通室１６のノズル１２からインク滴が吐出される。
【００３１】
このようなインクジェット記録ヘッドでは、各圧力室１４に同色のインクを供給するインクプール２０（図３では左側の上下のインクプールが同色）が、複数のノズル列の行列長と略同一幅の広い空間となるように形成されているので、インクの流れ方向のインクプール下流部Ｄは従来のような支流構造の流末端部ではなく、広い内壁４６となっている。このため、インクプール２０内のインクの流体抵抗を下げることができ、インク吐出特性を安定化することができる。また、このような構成ではインクプールを深くしてヘッドサイズを大きくする必要がないので、インクジェット記録ヘッド１０の小型化、低コスト化を実現できる。
【００３２】
次に、本発明に係る第２実施形態を図８から図１１に基づき説明する。
【００３３】
なお、第１実施形態で説明した部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３４】
図８に示すようにインクジェット記録ヘッド６０は、長手方向の中央部が連結されたインクプール６２を備えており、インクプール６２の長さは、複数のノズル１２を並べたノズル列の長さよりも長く設定されている。このインクプール６２の長手方向の両端部には、インク供給口４４ａ，４４ｂが形成されている。このような構造により、第１実施形態の図５に示すようなインクプール下流部Ｄの無い構造とすることができる。
【００３５】
図９に示すように、一方のインク供給口４４ａと接続されるインク導入管５４には、インクカートリッジ５２からのインクの流入量を調整する調整弁６６と、この調整弁６６の開閉を制御する制御手段６８とが設けられている。この調整弁６６は、圧電素子からなり、電圧を加えると収縮して開口率を変え、弁として機能するものである。
【００３６】
また、図９に示すように、インクジェット記録ヘッド６０と対向する位置には、ノズル１２からインクを吸引するキャップ７２が設けられている。このキャップ７２はノズル１２を外部から密閉する。また、キャップ７２は、キャップ７２内を負圧にしてノズル１２からインクを吸引するポンプ７４と、吸引したインクを排出するパイプ７６とを備えている。
【００３７】
次に、このようなインクジェット記録ヘッド６０のインク吸引動作を図１１に示すフローチャートに従って説明する。
【００３８】
なお、このインク吸引は、インクジェット記録装置の電源投入時や、一定の使用時間経過毎に定期的に行われるように設定されている。
【００３９】
インク吸引を開始する際には、まずステップ８０で調整弁６６を開放し、インク供給口４４ａ，４４ｂからインクの流入が可能な状態にする。次いで、ステップ８２では図１０に示すようにキャップ７２を上昇させ、ノズル１２が設けられたノズルプレート２４に圧接させる。そして、ステップ８４でポンプ７４を駆動し、ノズル１２から１回目のインク吸引を行う。ポンプ７４を駆動することにより、キャップ７２内が負圧になり、インクジェット記録ヘッド６０のノズル１２からインクが気泡ととともにパイプ７６を通って排出される。
【００４０】
ステップ８６では吸引後所定時間経過したか判断し、肯定されるとステップ８８でポンプ７４を停止して１回目のインク吸引を終了し、ステップ９０で調整弁６６を閉鎖する。これにより、インク供給口４４ａからのインクの流入を行わず、インク供給口４４ｂからのみインクの流入を行う設定となる。ステップ９２でポンプ７４を駆動し、ノズル１２から２回目のインク吸引を行う。このインク吸引により、インクプール６２内の残留気泡が移動し、この残留気泡がノズル１２からインクとともに排出される。そして、ステップ９４で所定時間経過したかどうかを判断し、肯定されるとステップ９６でポンプ７４を停止して２回目のインク吸引を終了する。
【００４１】
上記インクジェット記録ヘッドにおいて、調整弁６６及び制御手段６８を設けずに、単にインク供給口４４ａ，４４ｂからインクが入るインクプールを中央部で繋いだ構造も考えることができる。しかし、このような構造では、インク供給口４４ａ，４４ｂを開放した状態でノズル１２からインクの吸引を行うと、インク供給口４４ａ，４４ｂから流れ込んだインクがインクプール６２の中央部付近でぶつかり、気泡が残留しやすくなる。また、このぶつかる部分は常に同じ場所であるため、残留した気泡はインク吸引では取り難い。
【００４２】
本実施形態のインクジェット記録ヘッド６０では、前述のように、両インク供給口４４ａ，４４ｂを開放して１回目のインク吸引を行った後、片方のインク供給口４４ａの調整弁６６を閉じて再度インク吸引を行うので、インクプール６２内でインクの流れのぶつかる部分を移動させることができる。これにより、残留気泡をより確実にノズル１２から吸引し排出することができ、インクプール６２内の気泡排出性を向上することができる。
【００４３】
なお、本実施形態では、一方のインク供給口４４ａに調整弁６６を設けたが、インク供給口４４ａ，４４ｂの両方に調整弁を設ける構成としても良い。 また、制御手段６８は、調整弁６６の開閉を制御するものであったが、これに限らず、調整弁の開閉度合いを制御し、インクプールへ供給されるインクの流入量を調整するものであっても良い。さらに、本実施形態は、インク吸引を２回行う設定であったが、これに限らず、インクの吸引を複数回行い、その都度調整弁の開閉を制御する構造としても良い。
【００４４】
次に、以上のような構成の本発明のインクジェット記録ヘッドを使用したインクジェット記録装置の一実施形態を図１２に基づき説明する。
【００４５】
図１２に示すインクジェット記録装置２００は、記録媒体ＰをＳ方向に搬送する搬送ローラ２０６と、記録媒体Ｐに対しインク滴を吐出して画像を記録する本発明のインクジェット記録ヘッド２０２と、このインクジェット記録ヘッド２０２を収容するキャリッジ２０３と、インクジェット記録ヘッド２０２を記録媒体Ｐの搬送方向と直交するＭ方向に走査する搬送手段２０４と、インクジェット記録ヘッド２０２のノズルからインクを吸引するキャップ７２とを備えている。なお、上記インクジェット記録ヘッド２０２としては、本発明の第１実施形態のインクジェット記録ヘッド１０、第２実施形態のインクジェット記録ヘッド６０の何れを用いてもよい。また、図１２は、インクジェット記録ヘッドにインクカートリッジが装着された状態を図示している。
【００４６】
このようなインクジェット記録装置２００では、搬送ローラ２０６により記録媒体ＰがＳ方向に搬送され、インクジェット記録ヘッド２０２によりＭ方向の一回の走査で記録媒体Ｐ上の領域ＢＥの画像が書き込まれる。そして、記録媒体ＰがＳ方向に所定位置まで搬送され、インクジェット記録ヘッド２０２がＭ方向に戻るときに次の領域ＰＥの画像が書き込まれる。このような動作が順次行われ、記録媒体Ｐ上に画像が形成される。
【００４７】
このインクジェット記録装置２００では、インクジェット記録ヘッド２０２のインク吐出特性のばらつきを低減し、 良好な気泡排出性を得ることができるので、インク吐出不良等の不具合が生じにくい。このため、画質欠陥のない高品質な画像を得ることが可能となる。
【００４８】
また、本明細書におけるインクジェット記録とは、記録紙上への文字や画像の記録に限定されるものではない。すなわち、記録媒体は紙に限定されるものでなく、また吐出する液体もインクに限定されるものではない。例えば、高分子フイルムやガラス上にインクを吐出してディルプレイ用カラーフィルターを作成したり、溶接状態の半田を基板上に吐出して部品実装用のバンプを形成したりするなど、工業用に用いられる液滴噴射装置全般に対して本発明を利用することが可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るインクジェット記録ヘッド、インクジェット記録装置及びインクジェット記録ヘッドへのインク供給方法によれば、ヘッドサイズを大きくすることなく、インク吐出特性を安定化することができ、ヘッドの小型化、低コスト化を実現できる。また、ヘッド内の気泡排出性を向上することができ、残留気泡に起因するインク吐出不良等の問題点を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す一部斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す透視平面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッドのインクプールを示す平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す拡大透視平面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッド及びインクカートリッジを示す斜視図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッド及びインクカートリッジを示す断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るインクジェット記録ヘッドのインクプールを示す平面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るインクジェット記録ヘッド、インクカートリッジ及び吸引用のキャップを示す断面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの吸引用のキャップを使用した状態を示す断面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係るインクジェット記録ヘッドのインク吸引工程を示すフローチャートである。
【図１２】本発明のインクジェット記録ヘッドを使用したインクジェット記録装置を示す斜視図である。
【図１３】従来のインクジェット記録ヘッドを示す透視平面図である。
【図１４】従来のインクジェット記録ヘッドを示す一部断面図である。
【符号の説明】
１０ インクジェット記録ヘッド
１２ ノズル
１４ 圧力室
１８ インク供給路
２０ インクプール
２４ ノズルプレート
４４ インク供給口
４４ａ インク供給口
４４ｂ インク供給口
５２ インクカートリッジ
６０ インクジェット記録ヘッド
６２ インクプール
６６ 調整弁
６８ 制御手段
７２ キャップ
７４ ポンプ
２００ インクジェット記録装置

Claims (5)

1. インク滴を吐出するノズルが列状に形成されたノズルプレートと、貯留したインクを各々の前記ノズルから吐出させる圧力室と、前記圧力室へインクを供給するインクプールと、を備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、
   同色のインクを貯留する前記圧力室には、圧力室と異なる層に形成され、同色のインクを吐出する複数のノズル列の行列長と略同一幅のインクプールからインクが供給されることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記インクプールの長さは、前記ノズル列の長さより長く構成され、該インクプールの両端部にインクを供給するインク供給口が形成されてい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ヘッド。
3. 前記インク供給口の少なくとも一方には、インクの流入量を調整する調整弁が設けられたことを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 請求項１乃至は請求項３に記載のインクジェット記録ヘッドを使用することを特徴とするインクジェット記録装置。
5. 請求項３に記載のインクジェット記録ヘッドにインクを供給する方法において、
   前記調整弁を開いて前記ノズルからインクを所定時間吸引するステップと、
   所定時間経過後、一方の前記調整弁を閉じ、ノズルからインクを再吸引するステップと、
   を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドへのインク供給方法。

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