JP2005131791A - インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内部にフィルタを有するインクジェットヘッドにおいて、フィルタを備えた状態でインクジェットヘッド内に混入した異物を液排出口より除去し、インクジェットヘッドのインク供給管路のシール部材を利用して液排出口を閉塞する。
【解決手段】インクジェットヘッド４４のフレーム部材１０はフィルタ１３を有し、内部の共通インク流路１１から流路板１に形成された各液室へインクを供給する。インク供給管路１２のフィルタ１３の下流側外周には、凹溝１４が形成され、液排出口１５が設けられていることで、フィルタ１３の上流側及び下流側の両方から洗浄を行うことができ、フィルタ１３に邪魔されることなく、異物１６を液排出口１５から除去することができる。インクジェットヘッド４４とインクカートリッジのインク供給部材とを結合する際は、液排出口１５は凹溝１４に挿入されるＯリング等のシール部材により閉塞される。
【選択図】図４

Description

本発明は、インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置に関し、さらに詳しくは、内部にフィルタを備えたインクジェットヘッドの内部から異物を除去する際、フィルタを備えた状態でインクジェットヘッドを洗浄してインクジェットヘッドの信頼性を維持するようにしたインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置に関する。

一般に、インクジェット記録装置に用いられるインクジェットヘッドは、口径数１０μｍの多数のノズル、及び液室により構成されている。このようなインクジェット記録装置において、インクジェットヘッドの製造過程で混入したり、インクカートリッジ中に混入していた異物がインクによって流されてきてインクジェットヘッド内に侵入すると、ノズルが異物によって詰まり、吐出不良を起こし、記録品質を低下させていた。
近年、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）の処理能力が向上したことにより、出力装置の高速化が進み、インクジェットヘッドの場合、高速化の対応としてノズル数の増加が求められ、それに伴ってさらに吐出不良となる異物除去手段を改善する必要が発生している。

インクジェット記録装置においては、インクジェットヘッドのノズルが異物等によって閉塞することを防ぐために、インクカートリッジからノズルまでのインクを供給するインク供給系に異物や気泡を排除するフィルタを設けることが必要となっている。しかし、フィルタを装着した状態では、異物を除去することが困難である。そこで、インクジェットヘッド内の異物を除去した後に、フィルタを装着する必要があるが、多大の手間を要するとともに異物除去の信頼性においても十分とはいえない。
そのため、インクジェットヘッドから異物を取り除くことを特徴とする多くの発明が知られているが、本願の発明に関しては次のような発明が知られている。

特許文献１の「インクジェット記録装置」は、インク流入口をほぼ中央部に配設し、かつインク流出口を最上部に配設して、インクの流れを円滑化し、気泡の滞留する部位を排除するようにしたゴミ除去装置を使用するようにしたもので、フィルタを単独で洗浄する例である。

特許文献２の「インクジェットヘッドの洗浄方法」は、洗浄液の入っている洗浄容器中でインクジェットヘッドのインク供給口側に送液ポンプを接続し、前記洗浄容器を超音波洗浄機内に入れ、超音波をかけながら送液ポンプにより洗浄容器内の洗浄液をノズルからインクジェットヘッド内部のインク室を通過させ、送液ポンプを通って送液するようにしたもので、超音波洗浄を用いて洗浄する例である。

特許文献３の「インクジェット記録装置」は、インクジェットヘッドにフィルタを内蔵するフィルタハウジングがフレキシブルチューブを介して接続されており、インクジェットヘッドに異物によるノズル詰まりが発生した場合、フレキシブルチューブまたはフィルタハウジングを取り外し、取り外した個所からインクジェットヘッドのインク流路を吸引洗浄すれば、異物をフィルタに邪魔されることなく除去できるというもので、インクジェットヘッドからフィルタを取り外した状態で洗浄する例である。

特許文献４の「インクジェットヘッドの洗浄方法、及びその装置」は、インクジェットヘッドの共通インク室に吸引圧を作用させつつ、ノズル（オリフィス）の先端から圧力室を経て共通インク室に洗浄液と空気を交互に供給するようにしたもので、インクジェット共通液室部に液排出口を設けた例である。

特許文献５の「インクジェット記録装置」は、インクジェットヘッドにインク供給手段と洗浄液導入手段とがそれぞれバルブを介して接続され、インクを用いた印写が終了したとき、洗浄液導入手段を用いてインクジェットヘッド内のインクを洗浄液に置換することにより、ノズル等の目詰まりを防ぐようにした例である。
特願平７−３１４７０５号公報 特許第３１７９３３２号公報 特願平１１−３４３５０号公報 特許第３１０８７８８号公報 特願平１１−５８７７６号公報

前記したような、特許文献１のフィルタを単独で洗浄する方法、特許文献２のインクジェットヘッドユニットを超音波洗浄する方法、特許文献３のフィルタを取り外して洗浄する方法のような従来の洗浄装置や洗浄方法では、フィルタユニットをセットする際に発塵してしまう恐れがあり、またフィルタユニットを独自に洗浄する必要がありコスト高になることが予想される。そこで、特許文献４のインクジェットヘッドの洗浄方法のように、共通インク室に洗浄液排出口を設けることで、フィルタユニットを装着した状態でインクジェットヘッドを洗浄するようにしているが、洗浄液排出口を塞ぐ栓が別途必要となる。

そこで、本発明は、インクジェットヘッドに設けられるノズル数が増加しても、製造過程で発生したフィルタ及びインクジェットヘッド内の異物をフィルタを装着した状態で確実に取り除き、インクカートリッジからのインク供給手段を装着した時点で異物混入の可能性を排除したインクジェットヘッド及び該インクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

請求項１，２の発明は、フィルタを備えたインクジェットヘッドが所定位置に液排出口を備えることで、インクジェットヘッド内の異物を確実に取り除くことを可能とし、異物による吐出不良を起こすことなくインク吐出を行うことができ、高品位な画像形成が可能なインクジェットヘッドを提供することを目的とする。

請求項３の発明は、液排出口の開口面積をノズル総数の開口面積よりも大きくすることで、流体の流れを阻害することなく異物を除去することを目的とする。

請求項４の発明は、液排出口を閉塞することだけを目的とする部材を用いることなく、インク供給手段とインクジェットヘッド間をシールする部材を利用して閉塞し、部材点数を削減することを目的とする。

請求項５の発明は、液排出口を確実にシールし、シール部材の変形によるインクの液漏れを防止することを目的とする。

請求項６の発明は、液排出口を安価に、且つ確実にシールすることを目的とする。

請求項７の発明は、請求項１〜６の発明によって得られるインクジェットヘッドを用いてインクジェット記録装置を形成することで、吐出不良なく高品位な画像形成が可能なインクジェット記録装置を得ることを目的とする。

請求項１の発明は、インク共通液室と、複数の加圧液室と、該加圧液室に連通するノズル、ならびに前記加圧液室に対応して形成された駆動素子からなり、インクカートリッジよりインクを供給するインク供給経路にフィルタを有するインクジェットヘッドにおいて、前記フィルタ近傍の下流域に液排出口を設けたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１のインクジェットヘッドにおいて、前記液排出口は前記フィルタから１０ｍｍ以下の位置に配置されることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２記載のインクジェットヘッドにおいて、前記液排出口の開口面積は前記ノズルの総開口面積よりも大きいことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３いずれか記載のインクジェットヘッドにおいて、前記液排出口は、前記インクカートリッジからのインク供給部材を装着した際のシール部材によりシールされることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４いずれか記載のインクジェットヘッドにおいて、インクジェットヘッドのインク供給管路は、外周にリング状の凹溝を有し、前記液排出口は前記凹溝中に形成されていることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項４または５記載のインクジェットヘッドにおいて、前記シール部材はＯリングであることを特徴とする。

請求項７の発明は、記録信号に応じて駆動されるアクチュエータが発生する駆動エネルギに応じてノズルからインク滴を吐出して記録媒体上に画像を形成するインクジェット記録装置であって、請求項１〜６いずれか記載のインクジェットヘッドを少なくとも１つ含むキャリッジと、前記インクジェットヘッドに少なくとも１色のインクを供給するインク室形成部材を備えることを特徴とする。

請求項１のインクジェットヘッドは、フィルタの下流に液排出経路を備えているので、フィルタを備えた状態でインクジェットヘッド内に混入した異物を洗浄することができる。

請求項２のインクジェットヘッドは、液排出経路をフィルタから１０ｍｍ以内に配置することで、フィルタ近傍の流れの淀みをなくすことができ、フィルタ近傍の異物を効率よく除去することができる。

請求項３のインクジェットヘッドは、液排出口の総開口面積がノズル総数の総開口面積よりも大きいので、洗浄液の流れを阻害することなく、インクジェットヘッド内に混入した異物を洗浄することができる。

請求項４のインクジェットヘッドは、インクカートリッジからのインクをインクジェットヘッドへ導くインク供給部材とインクジェットヘッドとの結合部分に介在されるシール部材により液排出口をシールする構成であるので、余分な閉塞部材を追加することなく液排出口を閉塞することができる。

請求項５のインクジェットヘッドは、パイプ状に形成されたインク供給管路の凹溝中に液排出口を形成しているので、シール部材が確実に凹溝に嵌合し、確実に液漏れを防止することができる。

請求項６のインクジェットヘッドは、シール部材をＯリングとしているので、安価に且つ確実に液漏れを防止することができる。

請求項７のインクジェット記録装置は、洗浄性の良いインクジェットヘッドを搭載しているので吐出不良がなく、万一異物によるノズルの詰まりを起こしても容易に除去することができ、高信頼性、高印刷品質とすることができる。

本発明は、インクジェットヘッドに設けられるノズル数が増加しても、製造過程に発生したフィルタ及びインクジェットヘッド内の異物をフィルタを装着した状態で確実に取り除くことができ、インクカートリッジからのインク供給手段を装着した時点で異物混入の可能性を排除したインクジェットヘッド及び該インクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置を提供することを目的とし、インク共通液室と、複数の加圧液室と、該加圧液室に連通するノズル、ならびに前記加圧液室に対応して形成された駆動素子からなり、インクカートリッジよりインクを供給するインク供給経路にフィルタを有するインクジェットヘッドにおいて、インクジェットヘッドのインク供給管路は外周にリング状の凹溝を有し、該凹溝中に液排出口が形成されているものである。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図６は、本発明のインクジェットヘッドを適用したインクジェット記録装置の要部構成を示す斜視図、図７は、同構成の側断面図である。
本発明のインクジェット記録装置は、記録装置本体３１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ４３、キャリッジ４３に搭載したインクジェットヘッド４４からなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ４５等で構成される印字機構部３２等を収納し、装置本体３１の下方部には前方側から多数枚の用紙３３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい）３４を抜き差し自在に装着することができ、また用紙３３を手差しで給紙するための手差しトレイ３５を開倒することができ、給紙カセット３４或いは手差しトレイ３５から給送される用紙３３を取り込み、印字機構部３２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ３６に排紙する。

印字機構部３２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド４１と従ガイドロッド４２とでキャリッジ４３を主走査方向（図７で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、キャリッジ４３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出するインクジェットヘッド４４からなる記録ヘッドを複数のノズル孔（インク吐出口）を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ４３には記録ヘッドに各色のインクを供給するための各インクカートリッジ４５を交換可能に装着している。インクカートリッジ４５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッド４４へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。

また、インクジェットヘッド４４として、ここでは各色のヘッドを用いているが、各色のインク滴を吐出するノズル孔を有する１個のインクジェットヘッドでもよい。さらに、記録ヘッドとして用いるインクジェットヘッド４４は、圧電素子等の電気機械変換素子で液室壁面を形成する振動板を介してインクを加圧するピエゾ型、或いは発熱抵抗体により気泡を生じさせてインクを加圧するバブル型、若しくはインク流路壁面を形成する振動板とこれに対向する電極との間の静電力で振動板を変位させてインクを加圧する静電型等を使用することができるが、本実施形態ではピエゾ型インクジェットヘッドを用いている。

ここで、キャリッジ４３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド４１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向下流側）を従ガイドロッド４２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ４３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ４７で回転駆動される駆動プーリ４８と従動プーリ４９との間にタイミングベルト５０を張装し、このタイミングベルト５０をキャリッジ４３に固定しており、主走査モータ４７の正逆回転によりキャリッジ４３が往復駆動される。

一方、給紙カセット３４にセットした用紙３３をインクジェットヘッド４４の下方側に搬送するために、給紙カセット３４から用紙３３を分離給装する給紙ローラ５１及びフリクションパッド５２と、用紙３３を案内するガイド部材５３と、給紙された用紙３３を反転させて搬送する搬送ローラ５４と、この搬送ローラ５４の周面に押し付けられる搬送コロ５５及び搬送ローラ５４からの用紙３３の送り出し角度を規定する先端コロ５６とを設けている。搬送ローラ５４は副走査モータ５７によってギヤ列を介して回転駆動される。

そして、キャリッジ４３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ５４から送り出された用紙３３をインクジェットヘッド４４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材５９を設けている。この印写受け部材５９の用紙搬送方向下流側には、用紙３３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ６１、拍車６２を設け、さらに用紙３３を排紙トレイ３６に送り出す排紙ローラ６３及び拍車６４と、排紙経路を形成するガイド部材６５，６６とを配設している。

記録時には、キャリッジ４３を移動させながら画像信号に応じてインクジェットヘッド４４を駆動することにより、停止している用紙３３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙３３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号、または用紙３３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙３３を排紙する。

また、キャリッジ４３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、インクジェットヘッド４４の吐出不良を回復するための回復装置６７を配置している。回復装置６７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ４３は印字待機中にはこの回復装置６７側に移動されてキャッピング手段でインクジェットヘッド４４をキャッピングされ、ノズル孔（吐出口）を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中等に記録と関係しないインクを吐出することにより、全てのノズル孔のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。

吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でインクジェットヘッド４４のノズル孔を密封し、チューブを通して吸引手段でノズル孔からインクとともに気泡等を吸い出し、ノズル面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。

次に、本発明の実施例のインクジェットヘッドについて説明する。
図１は、本発明を適用したインクジェットヘッドを示す断面図、図２は、図１に示すインクジェットヘッドを分解して示す斜視図である。
インクジェットヘッド４４は、複数の連通孔２と、インク流路となる各個別の液室３を形成したシリコン基板等からなる流路板１と、この流路板１の上面にＮｉ電鋳等で複数のノズル孔６を形成したノズル板５を接合し、流路板１の下面にはＮｉ電鋳等で形成した振動板７を接合し、液室部を構成している。液室３は流体抵抗部４によって共通流路側と個別流路側とに分離され、振動板７の下面には金属で形成したベース部材８上に積層型の圧電素子９を２列設けたアクチュエータ部を接合している。圧電素子９の外側には共通インク流路１１を形成したフレーム部材１０を振動板７と接合し、各個別液室３へインクを供給する。

このように構成したインクジェットヘッド４４は、圧電素子９に駆動電圧を印加することにより圧電素子９の積層方向（図１の上下方向）に変位が生じ、振動板７が各個別の液室側へ変形変位して液室３の容積が減少し、液室内圧が上昇して連通孔２を通じてノズル板５のノズル孔６よりインク滴が吐出される。

図３は、インクジェットヘッドのフレーム部材を示す斜視図である。
インクジェットヘッド４４の構成要素であるフレーム部材１０は、内部に共通インク流路１１が形成され、振動板７を介して流路板１と接合され、共通インク流路１１が振動板７に形成された透孔を介して液室３の共通流路に連通しており、各個別液室３へインクを供給する。フレーム部材１０のインク供給管路１２は円形パイプ状で、その入口端部には溶着等の適宜手段でフィルタ１３が取り付けられている。

インク供給管路１２には、フィルタ１３の近傍であってその下流域の外周にリング状のＶ溝等からなる凹溝１４が形成され、凹溝１４の部分に適宜数の液排出口１５が設けられている。液排出口１５の設置位置は、異物１６を除去する際、流体の流れの淀みをなくす上で、フィルタ１３から１０ｍｍ以下が望ましく、実際には実験によってその都度決定される。

図４は、図３のフレーム部材を組み込んだインクジェットヘッドを一部断面して示す図で、インクジェットヘッドを洗浄している例を示す。
フィルタ１３の下流部に液排出口１５を設けることで、フィルタ１３の上流側及び共通インク流路１１側の両方から洗浄を行うことができ、異物１６をフィルタ１３に邪魔されることなく除去することができる。また、従来問題となっていた、インク供給手段を装着する際に発塵しても、フィルタ１３を装着しているために、インクジェットヘッドに異物が混入する可能性が全くない。

図５は、インクカートリッジとフレーム部材とを結合するインク供給部材をインクジェットヘッドに装着した状態を一部断面して示す図である。
インクジェットヘッド４４のインク供給管路１２の凹溝１４内に液排出口１５を配置することで、インク供給部材２１のインクカートリッジ結合口内面と凹溝１４間にシール部材２２を封入することができ、インクカートリッジとのシールを液漏れなく行うことができる。また、シール部材２２をＯリングとすることで、安価に確実にシールをすることができ、液排出口１５を塞ぐためだけの部材を必要としない。なお、インク供給部材２１がインクカートリッジ自体であっても、同等の作用効果を達成することができる。

本発明を適用したインクジェットヘッドを示す断面図である。 図１に示すインクジェットヘッドを分解して示す斜視図である。 インクジェットヘッドのフレーム部材を示す斜視図である。 図３のフレーム部材を組み込んだインクジェットヘッドを一部断面して示す図である。 インクカートリッジとフレーム部材とを結合するインク供給部材をインクジェットヘッドに装着した状態を一部断面して示す図である。 本発明のインクジェットヘッドを適用したインクジェット記録装置の要部構成を示す斜視図である。 図６に示すインクジェット記録装置の側断面図である。

符号の説明

１…流路板、２…連通孔、３…液室、４…流体抵抗部、５…ノズル板、６…ノズル孔、７…振動板、８…ベース部材、９…圧電素子、１０…フレーム部材、１１…共通インク流路、１２…インク供給管路、１３…フィルタ、１４…凹溝、１５…液排出口、１６…異物、２１…インク供給部材、２２…シール部材、３１…記録装置本体、３２…印字機構部、３３…用紙、３４…給紙カセット、３５…手差しトレイ、３６…排紙トレイ、４１…主ガイドロッド、４２…従ガイドロッド、４３…キャリッジ、４４…インクジェットヘッド、４５…インクカートリッジ、４７…主走査モータ、４８…駆動プーリ、４９…従動プーリ、５０…タイミングベルト、５１…給紙ローラ、５２…フリクションパッド、５３…ガイド部材、５４…搬送ローラ、５５…搬送コロ、５６…先端コロ、５７…副走査モータ、５９…印写受け部材、６１…搬送コロ、６２…拍車、６３…排紙ローラ、６４…拍車、６５，６６…ガイド部材、６７…回復装置。

Claims (7)

1. インク共通液室と、複数の加圧液室と、該加圧液室に連通するノズル、ならびに前記加圧液室に対応して形成された駆動素子からなり、インクカートリッジよりインクを供給するインク供給経路にフィルタを有するインクジェットヘッドにおいて、前記フィルタ近傍の下流域に液排出口を設けたことを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記液排出口は前記フィルタから１０ｍｍ以下の位置に配置されることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
3. 前記液排出口の開口面積は前記ノズルの総開口面積よりも大きいことを特徴とする請求項１または２記載のインクジェットヘッド。
4. 前記液排出口は、前記インクカートリッジからのインク供給部材を装着した際のシール部材によりシールされることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のインクジェットヘッド。
5. インクジェットヘッドのインク供給管路は、外周にリング状の凹溝を有し、前記液排出口は前記凹溝中に形成されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載のインクジェットヘッド。
6. 前記シール部材はＯリングであることを特徴とする請求項４または５記載のインクジェットヘッド。
7. 記録信号に応じて駆動されるアクチュエータが発生する駆動エネルギに応じてノズルからインク滴を吐出して記録媒体上に画像を形成するインクジェット記録装置であって、請求項１〜６いずれか記載のインクジェットヘッドを少なくとも１つ含むキャリッジと、前記インクジェットヘッドに少なくとも１色のインクを供給するインク室形成部材を備えることを特徴とするインクジェット記録装置。

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