JP2008246860A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インク充填時に空気をインク供給路に残留させないような供給系を備え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１において、弁駆動制御部５３は、非印字時かつ第一チューブ４に設けられたポンプ４１駆動時に、電磁弁５１を開閉させることで、ヘッド２内にインクを充填させると共に、電磁弁５１が設けられた第二チューブ５内の空気をインクタンク３内に排出させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、インク滴を吐出することで印字を行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おいて、インク滴を吐出するヘッドにインクを供給する種々の機構が提案されている。

例えば特許文献１には、複数のインク吐出口と共通液室とを備えるヘッドを有するインクジェット記録装置であって、インクを貯留するインク供給タンクから、供給管によりインクを共通液室に供給するようになっている第一のインクジェット記録装置が記載されている。この供給管は閉回路部を備えており、この閉回路部には、吐出口がヘッド側に連通する回復ポンプが設けられている。また、第一のインクジェット記録装置には、循環管が設けられており、この循環管には電磁弁が設けられている。

第一のインクジェット記録装置は、印字時には電磁弁を閉じて、供給管の、回復ポンプが設けられていない分岐管を経て、インク供給タンクからインクをその自重により共通液室へ補給する。

一方、共通液室や供給系に残留する気泡の除去と共にヘッドを冷却するために実施される回復動作時には、第一のインクジェット記録装置は、電磁弁を開き、さらに回復ポンプを起動して、供給管により共通液室にインクを送り込み、共通液室から循環管によりインクをインク供給タンクに戻して循環させる。

また、インクが満たされていない状態のヘッド及び供給管にインクを充填させる初期充填時に、第一のインクジェット記録装置は、回復ポンプにより供給管を経て共通液室にインクを送り、気泡の排出と共にインクを吐出口から吐出させる。

特許文献１にはさらに、供給管が閉回路部を備えず、供給管に設けられた回復ポンプの吐出口がインク供給タンク側に連通し、インク供給タンクの上部に空気弁を設けた点以外は、第一のインクジェット記録装置と同一の構成である第二のインクジェット記録装置が記載されている。

第二のインクジェット記録装置で、印字時には空気弁を開き、インク供給タンクからインクをその自重により共通液室へ補給する。一方、第二のインクジェット記録装置では、回復動作時には、空気弁を閉じて回復ポンプを起動して、供給管により供給液室にインクを送り込み、供給液室から循環管によりインクを供給タンクに戻して循環させる。
特開平３−２３４６５２号公報（１９９１年１０月１８日公開）

しかし、従来の技術では、インク供給系路における気泡の除去等が充分であるとはいえず、改良の余地があった。

例えば特許文献１の第一のインクジェット記録装置では、初期充填時にポンプを駆動しても、回復ポンプが設けられていない上記分岐管には空気が残留する。この空気は印字時にヘッドに入り、吐出不良の原因となる。

また、特許文献１の第二のインクジェット記録装置では、回復動作時にヘッドに負圧がかかる。その結果、インク吐出口から空気を取り込んでしまう虞がある。

そこで、本発明は、従来の技術の問題点に鑑み、ヘッド内に気泡がない状態で印字の実行が可能なインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のインクジェット記録装置は、インク滴を吐出するノズルと、少なくとも２個で一対となるインク供給口と、一対となるインク供給口同士を連通させると共に、各インク供給口を上記ノズルにそれぞれ連通させるインク流路と、を備えるヘッドと、インクを貯留するインクタンクと、一対となるインク供給口のうち少なくとも１つのインク供給口と、上記インクタンクと、を連通させる第一チューブと、一対となるインク供給口のうち他のインク供給口と、上記インクタンクと、を連通させる第二チューブと、上記第一チューブを介して上記インクタンクから上記ヘッドに向けてインクを送るポンプと、上記第二チューブに設けられ、開閉可能な弁と、上記ポンプを制御するポンプ制御部と、上記弁の開閉を制御する弁制御部と、を備え、上記ヘッドと上記インクタンクは、上記ノズル内のインクメニスカスの表面張力によって、第二チューブを介して上記インクタンクから上記ヘッドへインクが供給されるように配されており、上記ポンプ制御部は、印字時には上記ポンプを停止させ、非印字時には上記ポンプを稼動させることができるようになっており、上記弁制御部は、印字時には、上記弁を開けることで、上記インクメニスカスの表面張力によって上記インクタンクから上記ヘッドへインクを供給させると共に、非印字時で上記ポンプが稼働中に、上記弁を開閉させることができるようになっている。

本発明のインクジェット記録装置は、印字時には、ノズル内のインクメニスカスの表面張力を利用して、第二チューブを介してインクタンクからヘッドへインクを供給することができる。その一方で、上記インクジェット記録装置が、非印字時に、ポンプを稼動しつつ弁を開けると、第一チューブを通ってヘッドへ送られたインクは、さらに第二チューブを通ってインクタンクへと戻される。これによって、第一及び第二チューブ内の空気がインクタンク内に排出される。そして、インクジェット記録装置は、ポンプ稼動中に弁を閉じて、インクが第二チューブ内を通れないようにすることで、ヘッド内にインクを充填させることができる。

また、本発明のインクジェット記録装置は、上記第二チューブの端部は、上記インクタンク内で上記第一チューブの端部より上方に配されることが好ましい。

本発明のインクジェット記録装置は、非印字時に、ポンプを稼動しつつ弁を開けると、第一チューブを通ってヘッドへ送られたインクは、さらに第二チューブを通ってインクタンクへと戻される。これによって、第一及び第二チューブ内の空気がインクタンク内に排出される。そして、インクジェット記録装置は、ポンプ稼動中に弁を閉じて、インクが第二チューブ内を通れないようにすることで、ヘッド内にインクを充填させることができる。

本発明の実施の一形態について、以下、図面を参照して説明する。

〔１〕インクジェット記録装置１の概要
図１は、本実施形態のインクジェット記録装置１の要部構成を示す図面である。

インクジェット記録装置１は、インクを吐出して図示しない用紙上に画像（文字を含む）を印字するヘッド２と、インクを貯留するインクタンク３とを備える。ヘッド２は、図示しない用紙に対向し、インクを吐出するインク吐出面２３と、ヘッド２のインク吐出面２３とは逆側に設けられた２つの供給口２１、２２とを備える。インクタンク３には、内部から外部に通じる通気孔３ｈが形成されている。

インクジェット記録装置１はさらに、このインクタンク３から供給口２１に至る第一チューブ４、インクタンク３から供給口２２に至る第二チューブ５、第一チューブ４によりインクタンク３からヘッド２に向けてインクを送るポンプ４１、及び、第二チューブ５におけるインクの流れを調整する電磁弁５１を備える。第一チューブ４、第二チューブ５、ポンプ４１、電磁弁５１は、インクタンク３からヘッド２へ至るインク供給路を構成している。

また、インクジェット記録装置１は、非印字時にヘッド２を覆うキャップ６を備えており、キャップ６には、キャップ６に溜まったインクを排出するための排出口６１が設けられている。図示しないが、排出口６１からインクを排出するためのポンプ等が設けられていてもよい。

第一チューブ４及び第二チューブ５は、インクタンク３内に端部４Ｔ及び５Ｔをそれぞれ備えており、端部４Ｔは端部５Ｔよりも下方に配される。このとき、端部４Ｔと端部５Ｔとの高さの差ｄは、端部５Ｔから出た気泡が端部４Ｔから第一チューブ４内に入らない程度であれば、特に限定されるものではない。

ポンプ４１としては、第一チューブ４内のインクを移動させることができる装置を適宜用いることができるが、特にチューブポンプが好適に用いられる。

そして、インクジェット記録装置１はさらに、ポンプ４１を駆動するポンプ駆動部４２、ポンプ駆動部４２の動作を制御するポンプ駆動制御部４３、弁５１を駆動する弁駆動部５２、及び弁駆動部５２の動作を制御する弁駆動制御部５３を備える。

〔２〕ヘッド２の構造
ヘッド２の構造について説明する。図２はヘッド２の外観を示す斜視図であり、図３はヘッド２を構成する本体下部２０ｂを上方向（図１のＡ方向）から見た平面図、図４はヘッド２を下方向（図１のＢ方向）から見た端面図、図５は図２のＸ‐Ｘ’矢視断面図、図６は図２及び図３のＹ‐Ｙ’矢視断面図、図７は図３の一部を拡大した平面図、図８は図７のＺ‐Ｚ’矢視断面図である。なお、説明の便宜上、図３では、後述の共通流路２７を点線で示すと共に、フレキシブルケーブル３３等の部材を適宜省略している。

図２に示すように、ヘッド２は、ヘッド本体２０及びフレキシブルケーブル３３等を備える。ヘッド本体２０は、本体上部２０ａと本体下部２０ｂとに分けられる。

図２及び図５に示すように、本体下部２０ｂ上には圧電素子３２が配されており、フレキシブルケーブル３３はこれらの圧電素子３２を駆動する回路（図示せず）に、図示しないヘッド駆動部からの駆動信号を伝達するようになっている。

図４に示すように、本体下部２０ｂの下面に設けられた吐出面２３には、微小径を有する吐出口２５が複数形成されている。ヘッド２は、図示しない用紙搬送部によって方向Ｄに搬送される用紙に向けて、吐出口２５からインクを吐出することで、用紙に印字するようになっている。吐出面２３の長手方向（方向Ｄに直交する方向）の大きさは、用紙の印字領域の最大幅Ｅより大きく、吐出口２５は、吐出面２３の長手方向において少なくとも最大幅Ｅをカバーするように、複数設けられる。

図３及び図６に示すように、本体下部２０ｂ内には、それぞれ１つの吐出口２５からインクを吐出する複数の吐出ユニット２ａが吐出面２３に平行に並べられている。さらに本体下部２０ｂ内には、ヘッド２の長手方向に平行に延び、かつ互いに平行な複数の共通流路２７が設けられ、１個の共通流路２７から複数の吐出ユニット２ａにインクが供給されるようになっている。また、各共通流路２７と本体上部２０ａの下記第二インク溜２０４とは、インク分配口２０１によって連通されている。本実施形態では、共通流路２７の長手方向端部の近傍にそれぞれ１個ずつ、つまり、１個の共通流路２７当たり、インク分配口２０１が２つずつ設けられている。

また、本体上部２０ａはインク供給口２１及び２２を備えており、本体上部２０ａ内部には、インク供給口２１及び２２に連通する第一インク溜２０２、第一インク溜２０２の底部に設けられたフィルタ２０３、フィルタ２０３を介して第一インク溜２０２と連通する第二インク溜２０４、及び、第二インク溜２０４の底部から共通流路２７まで連続するインク分配口２０１等が設けられる。インク分配口２０１は共通流路２７に連通している。

なお、インク供給口は、本実施形態では１個のヘッド２当たり２箇所（インク供給口２１及び２２）設けられているが、本発明はこれに限定されるものではない。この他にも、２つで一対のインク供給口、又は３つ以上で一対のインク供給口を、複数の共通流路のそれぞれに設けるなど、ヘッド１個当たりに２個以上のインク供給口を設けてもよい。

インク供給口２１又は２２から送られてくるインクは、第一インク溜２０２、フィルタ２０３、第二インク溜２０４を順に通って、インク分配口２０１から共通流路２７へと送られ、吐出ユニット２ａに供給される。また、逆の経路を通って、インク供給口２１からインクが送り出されることもある。

図７及び図８に示すように、吐出ユニット２ａは、吐出口２５に対して１つずつ設けられた加圧室２６、加圧室２６内から吐出口２５まで連続するノズル２４、並びに加圧室２６の上方に設けられた圧電素子３２及び個別電極３１を備える。加圧室２６と共通流路２７とは供給孔２８で連通されている（図６参照）。加圧室２６の上壁は、複数の加圧室２６に渡って連続して形成された振動板２９で構成されている。振動板２９上には、同様に複数の加圧室２６に渡って連続して形成された共通電極３０が積層されている。共通電極３０上には、加圧室２６毎に別個の圧電素子３２が設けられており、共通電極３０と共に圧電素子３２を挟むようにこれも加圧室２６毎に別個の個別電極３１が設けられる。吐出面２３の吐出口２５以外の領域は、撥水膜２３ａで覆われており、インクの付着を防止している。

図示しないヘッド駆動部から、フレキシブルケーブル３３を介して個別電極３１に駆動パルスが印加されることで、各圧電素子３２は個別に駆動される。この駆動による圧電素子３２の変形が振動板２９に伝えられ、振動板２９の変形によって加圧室２６は圧縮される。その結果、加圧室２６内のインクに圧力が加わり、ノズル２４を通ったインクが吐出口２５からインク滴となって用紙上に吐出される。こうして、インクにより用紙上に画像が記録される。

〔３〕ポンプ４１及び弁５１の駆動の制御
（3-1）インク充填動作
ポンプ駆動制御部４３及び弁駆動制御部５３は、ポンプ駆動部４２及び弁駆動部５２を駆動して、非印字時に、ヘッド２、並びに、第一チューブ４、第二チューブ５、及びポンプ４１等を含むインク供給路にインクを充填するインク充填動作を実行させる。

具体的には、
１）ポンプ駆動制御部４３が、ポンプ駆動部４２を制御してポンプ４１を所定時間稼動させる。

２）上記１）によりポンプ４１が稼働している間に、弁駆動制御部５３が、弁駆動部５２を制御して電磁弁５１の開閉を１回以上繰り返させる。

３）弁駆動制御部５３が、弁駆動部５２を制御して電磁弁５１を開くことで、インク供給路及びヘッド２内の圧力を緩やかに低下させる。

４）ポンプ駆動制御部４３が、ポンプ駆動部４２を制御してポンプ４１を停止させる。

上記１）及び２）の動作中、ポンプ４１が稼動することで、端部４Ｔからインクが取り込まれ、第一チューブ４内をインクタンク３からヘッド２へと送られる。第一チューブ４及び第二チューブ５内における流体抵抗（インクの流れにくさ）は、ヘッド２内のそれより格段に小さい。そのため、電磁弁５１が“開”となっているとき、第一チューブ４内をヘッド２へ送られたインクのほとんどは、第二チューブ５を通って、端部５Ｔからインクタンク３に戻される。このときのインクの流れを図１中に実線矢印で示す。

このようにインクが流れることで、第一チューブ４、第二チューブ５、及びポンプ４１等のインク供給路はインクで満たされる。そして、インク供給路中の気泡が端部５Ｔからインクタンク３内に排出される。このとき、端部４Ｔが端部５Ｔよりも下方に配されていることで、端部４Ｔから気泡が取り込まれることがない。

電磁弁５１が“開”となっているときでも、第一チューブ４を通してヘッド２へ送られたインクの一部は、上述したようにインク供給口２１を介してヘッド２内に取り込まれる。このインクは、第一インク溜２０２及び第二インク溜２０４、さらに共通流路２７まで入ることはある。しかし、供給孔２８が微細であるため、加圧室２６にまではインクは到達しにくい。つまり、電磁弁５１が“開”となっているときには、少なくとも加圧室２６及びノズル２４はインクで満たされにくい。

上記２）の動作により、電磁弁５１が“閉”となると、インクは第二チューブ５を通ることができなくなり、第二チューブ５内のインクによる圧力が高まる。この圧力によって、加圧室２６及びノズル２４にもインクが送られて、加圧室２６及びノズル２４にインクが充填される。このとき、余剰のインクが吐出口２５から排出されるが、このインクはキャップ６で受けられて、排出口６１からキャップ６外に排出される。

上記２）の動作によると、ポンプ４１の稼働中に、電磁弁５１の“閉”と“開”とが少なくとも１回ずつ実行される。上述したように、電磁弁５１を“開”とすることで、ヘッド２及びインク供給路内から気泡が除かれ、“閉”とすることでヘッド２内にインクが充填される。すなわち、弁駆動制御部５３は、弁駆動部５２を介して電磁弁５１を閉開することで、インクをヘッド２及びインク供給路内に充填させると共に、気泡をヘッド２及びインク供給路内から取り除くことができる。このとき、気泡の除去という観点からは、“閉”を間に挟んで“開”が２回以上実行されることが好ましい。弁が“閉”となっている間に、気泡の浮力によって第一インク溜２０２に集まった気泡は、その後に弁が“開”とされると、供給口２１から供給口２２へ向かうインクの流れによって第二チューブ５経由でインクタンク３に排出される。

このように気泡の除去とインクの充填が完了したところで、上記３）の動作により、吐出口２５からのインクの排出が停止し、ノズル２４内にインクメニスカスＭが形成される。

以上の動作によって、初期充填、又は印字後の回復が行われ、印字の準備が完了する。

（3-2）印字動作
印字時には、ポンプ４１はポンプ駆動制御部４３の制御下で停止されている。弁駆動制御部５３は弁駆動部５２を制御して、電磁弁５１を開くと、ノズル２４内のインクメニスカスＭの表面張力によって、第二チューブ５を通してヘッド２内にインクが供給される。このときのインクの進行方向を図１に点線矢印で示す。

ノズル２４とインクタンク３との間の水頭差は、インクにかかる重力とインクメニスカスＭによる表面張力（細いノズル２４内にインクが入り込もうとする毛細管現象による表面張力）とのバランスによって、ノズル２４内にインクが過不足なく供給される程度に調整されている。重力は、ヘッド２４からインクタンク３に向けて流す方向に働き、メニスカスＭの表面直力は、インクタンク３からヘッド２に向けてインクを移動させる方向に働く。ヘッド２がインクを吐出することでノズル２４内のメニスカスＭが後退すると、表面張力が大きくなるので、インクタンク３からノズル２４に向けてインクが移動する。

本発明は以上の実施形態に限定されるものではない。また、特許請求の範囲に記載した範囲内で、公知の技術を加える等の種々の変更を加えた技術についても、本発明の範囲に含まれる。

図１は、本実施形態のインクジェット記録装置１の要部構成を示す図面である。 図２はヘッド２の外観を示す斜視図である。 図３はヘッド２を上方向（図１のＡ方向）から見た平面図である。 図４はヘッド２を下方向（図１のＢ方向）から見た端面図である。 図５は図２のＸ‐Ｘ’矢視断面図である。 図６は図２及び図３のＹ‐Ｙ’矢視断面図である。 図７は図３の一部である吐出ユニット２ａを示す平面図である。 図８は図７のＺ‐Ｚ’矢視断面図である。

符号の説明

１ インクジェット記録装置
２ ヘッド
２０ ヘッド本体
２０ａ 本体上部
２０ｂ 本体下部
２１、２２ 供給口
２３ 吐出面
２３ａ 撥水膜
２４ ノズル
２５ 吐出口
２６ 加圧室
２７ 共通流路
２８ 供給孔
２９ 振動板
３０ 共通電極
３１ 個別電極
３２ 圧電素子
３ インクタンク
３１ 通気孔
４ 第一チューブ
４Ｔ 端部
４１ ポンプ
４２ ポンプ駆動部
４３ ポンプ駆動制御部
５ 第二チューブ
５１ 電磁弁（弁の一例）
５Ｔ 端部
５２ 弁制御部
５３ 弁駆動制御部
Ｍ メニスカス面

Claims (2)

1. インク滴を吐出するノズルと、少なくとも２個で一対となるインク供給口と、一対となるインク供給口同士を連通させると共に、各インク供給口を上記ノズルにそれぞれ連通させるインク流路と、を備えるヘッドと、
   インクを貯留するインクタンクと、
   一対となるインク供給口のうち少なくとも１つのインク供給口と、上記インクタンクと、を連通させる第一チューブと、
   一対となるインク供給口のうち他のインク供給口と、上記インクタンクと、を連通させる第二チューブと、
   上記第一チューブを介して上記インクタンクから上記ヘッドに向けてインクを送るポンプと、
   上記第二チューブに設けられ、開閉可能な弁と、
   上記ポンプを制御するポンプ制御部と、
   上記弁の開閉を制御する弁制御部と、を備え、
   上記ヘッドと上記インクタンクは、上記ノズル内のインクメニスカスの表面張力によって、第二チューブを介して上記インクタンクから上記ヘッドへインクが供給されるように配されており、
   上記ポンプ制御部は、印字時には上記ポンプを停止させ、非印字時には上記ポンプを稼動させることができるようになっており、
   上記弁制御部は、印字時には、上記弁を開けることで、上記インクメニスカスの表面張力によって上記インクタンクから上記ヘッドへインクを供給させると共に、非印字時で上記ポンプが稼働中に、上記弁を開閉させることができるようになっているインクジェット記録装置。
2. 上記第二チューブの端部は、上記インクタンク内で上記第一チューブの端部より上方に配される請求項１に記載のインクジェット記録装置。

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