JP2006076111A - 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】インクジェットヘッドの製造過程で発生した異物を、インクジェットヘッド内のフィルタ及びインクカートリッジからのインク供給手段を装着した状態で確実に取り除いたインクジェットヘッドを提供する。
【解決手段】フィルタ７を有する共通液室１ｃと複数の加圧液室１ｅを有する流路板１と、加圧液室１ｅに対応するノズル２ａを有し流路板１に接合するノズル板２と、加圧液室１ｅに対応して形成された駆動素子からなるインクジェットヘッドにおいて、流路板１に流体抵抗が十分小さい液排出口８，８を備える。ノズル板２を流路板１に接合する以前に加圧液室１ｅ側とフィルタ７の上流側から同時に洗浄液を流すことによって、インクジェットヘッドの製造過程で侵入した異物１０を確実に除去する。
【選択図】図６

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、インクジェットヘッドの製造過程で発生したインクジェットヘッド内の異物をフィルタ及びインクカートリッジからのインク供給手段を装着した状態で確実に取り除き信頼性維持を図るように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使用したインクジェット記録装置に関する。

一般に、インクジェットヘッドは、数十μｍの大きさで形成したノズル、及びインク液室により構成されている。従来より、インクジェットヘッドの製造過程において混入した異物が、インクジェットヘッドへインクによって流されてきてノズルに詰まり、インクジェットヘッドの吐出不良を発生させていた。
近年、ＰＣの処理能力が向上することにより、出力装置の高速化が進んでいる。インクジェットヘッドの場合、高速化へ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を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にインクを供給するインク供給系中に異物や気泡を排除するフィルタを設置す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。そのため、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。

本発明に関連したインクジェットヘッド内の異物を除去あるいは洗浄に関する技術として次のようなものが知られている。
すなわち、特許文献１に開示された「インクジェット記録装置」は、フィルターを単独で洗浄する例、特許文献２に開示された「インクジェットヘッドの洗浄方法」は、インクジェットヘッドを超音波洗浄を用いて洗浄する例、特許文献３に開示された「インクジェット記録装置」は、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、特許文献４に開示された「インクジェットヘッド」は、流路形状を複雑化し異物がノズルに到達するのを阻止する例である。
また、特許文献５に開示された「インクジェットヘッドの洗浄方法、及びその装置」、及び特許文献６に開示された「インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録ヘッドの製造方法」は、ともに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。
特願平７−３１４７０５号公報 特許第３１７９３３２号明細書 特願平１１−３４３５０号公報 特開２００１−３２８２６４号公報 特許第３１０８７８８号明細書 特開２０００−２３８２７０号公報

前記したように従来のインクジェットヘッド洗浄方法には、フィルタを単独で洗浄する方法（特許文献１）、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２）、フィルタを取り外して洗浄する方法（特許文献３）、流路形状を複雑化し異物がノズルに到達するのを阻止する例（特許文献４）等が知られているが、それぞれの方法においては、フィルタユニットを装着する際に発塵してしまう虜がある。また、フィルタユニットを独自に洗浄する必要があり、コスト高になってしまう。そこで、特許文献５，６に開示されたインクジェットヘッドでは、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しているが、洗浄液排出口を塞ぐ栓が別途必要となっている。

本発明においては、出力装置の高速化に対応してノズル数が増加しても、インクジェットヘッドの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、フィルタ及びインクカートリッジからのインク供給手段を装着した状態で確実に取り除き、異物混入の可能性を排除した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１，２の発明は、インクジェットヘッド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、製造過程において生じた異物による吐出不良を起こすことがなく、正確なインク吐出を行うことができる高品位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、インクジェットヘッド内の異物を除去する際に、液排出口の一部が異物によって塞がれても、他の液排出口により異物を確実に除去することを目的とする。

請求項４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５の発明は、液排出口を余剰なシール部材を用いることなく、ノズル板で閉塞することを目的とする。

請求項６の発明は、インクジェットヘッド内の異物を除去する洗浄液及びインク内の異物を取り除き、インクジェットヘッドに設けられたフィルタ下流側の異物を、液排出口から確実に取り除くことを目的とする。

請求項７の発明は、請求項１〜６の発明の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、吐出不良を起こすことなく、高品位な印字を行うことができる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の発明は、共通液室と複数の加圧液室を有する流路板と、前記複数の加圧液室に対応する吐出孔を有し前記流路板に接合するノズル板と、前記加圧液室に対応して形成された駆動素子からなるインクジェットヘッドにおいて、前記流路板に前記吐出孔と比較して流体抵抗が十分小さい液排出口を備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記液排出口の流体抵抗は、前記吐出孔１穴の流体抵抗の１／１０程度であ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に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記液排出口は、前記流路板に複数形成されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１乃至３いずれかに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、複数の前記吐出孔の総開口面積よりも大であることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１乃至４いずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記液排出口は、前記ノズル板を前記流路板に接合した際、閉塞されることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１乃至５いずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記流路板の前記加圧液室より上流に異物の侵入を阻止するフィルタが設けられてい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エネルギーによって吐出孔からインク滴を吐出して記録媒体上に画像を記録するインクジェット記録装置において、請求項１乃至６いずれかに記載のインクジェットヘッドを備えたキャリッジと、前記インクジェットヘッドにインクを供給するインク貯蔵部材を備えたことを特徴とする。

請求項１，２のインクジェットヘッドは、吐出孔に比較して流体抵抗が十分小さい液排出口を備えているので、インクジェットヘッドの製造過程で発生した異物を、液の流れを阻害することなく確実に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、複数個の液排出口を設けることで、効率よく異物を除去することが可能となり、また一部の液排出口が異物によって塞がれても他の液排出口より確実に異物を除去することができる。

請求項４のインクジェットヘッドは、液排出口の開口面積がノズル総数の開口面積より大きいので、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５のインクジェットヘッドは、ノズル板の接合により液排出口を閉塞するので、別途閉塞栓等の余剰なシール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６のインクジェットヘッドは、液排出口の上流側にフィルタが設けられているため、異物を除去する際のフィルタユニットを装着する場合に、発塵の可能性がなく、異物を除去することができる。

請求項７のインクジェット記録装置においては、請求項１〜６に記載された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、吐出不良を起こすことがなく、印刷品質を向上することができる。

本発明は、出力装置の高速化に対応して多くのノズルを有するインクジェットヘッドにおいても、その製造過程で発生した異物を、インクジェットヘッド内のフィルタ及びインクカートリッジからのインク供給手段を装着した状態で確実に取り除き、異物が混入したインクジェットヘッドが出荷される可能性を排除することを目的とするもので、その構成は、共通液室と複数の加圧液室を有する流路板と、前記複数の加圧液室に対応する吐出孔を有し前記流路板に接合するノズル板と、前記加圧液室に対応して形成された駆動素子からなるインクジェットヘッドにおいて、前記流路板に前記吐出孔と比較して流体抵抗が十分小さい液排出口を備えたことを特徴とし、ノズル板を流路板に接合する以前にインク供給側と加圧液室側から同時に洗浄液を流すことによって、インクジェットヘッドの製造過程に侵入した異物を確実に除去するようにしたものである。
以下、本発明の実施例について図１〜８に基づいて説明する。

図１は、本発明を適用する実施例１の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。
実施例１のインクジェットヘッドは、複数の貫通孔１ａとインク流路となる各個別液室１ｂ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の上面にはＮｉ電鋳等で複数のノズル（吐出孔）２ａを形成したノズル板２を接合し、流路板１の下面にはインク供給口３ａを有しＮｉ電鋳等で形成した振動板３を接合し、流路板１と振動板３によってインクジェットヘッドの液室部を構成している。各個別液室１ｂは、共通液室１ｃ、流体抵抗部１ｄ、加圧液室１ｅからなり、連通孔を介してノズル２ａに連通している。

振動板３の下方には金属で形成したベース部材４が設けられ、振動板３の下面にベース部材４上に設けられた２列の積層型の圧電素子５からなるアクチュエータ部を接合している。圧電素子５の外側には、共通インク流路６ａを形成したフレーム部材６を設け、フレーム部材６に振動板３を接合し、共通インク流路６ａと流路板１の共通液室１ｃとをインク供給口３ａを介して連通させ、各個別液室１ｂへインクを供給する。

このような構成のインクジェットヘッドは、圧電素子５に記録信号に応じて駆動電圧を印加することにより、圧電素子５の積層方向（図１の上下方向）に変位が生じ、振動板３が各個別液室側へ変形変位して液室の容積が減少し、液室内圧が上昇して連通孔を通じてノズル板２のノズル２ａ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流路板の各個別液室を断面して模式的に示す断面図である。なお、図３では説明の都合上、図１，２に示すサイドシュータ型と異なりエッジシュータ型のインクジェットヘッドを示している。
図３に示すように、個別液室１ｂが複数形成されている流路板１の各個別液室１ｂは、共通液室１ｃ、流体抵抗部１ｄ、加圧液室１ｅからなり、共通液室１ｃにはフィルタ７が設けられている。また、流路板１において列状に複数連なった加圧液室１ｅのうち両端の加圧液室１ｅに隣接する外側には、液排出口８，８が形成されている。

流路板１の各個別液室に対応して複数のノズル２ａが形成されているノズル板２を接着剤等によって流路板１に接合すると、流路板１の各加圧液室１ｅは、ノズル２ａを介して大気に連通するが、両端に位置する液排出口８，８は、ノズル板２によって閉塞される。

図３に示すエッジシュータ型のインクジェットヘッドは、フレーム部材６に形成された共通インク流路６ａから振動板３のインク供給口３ａを介して流路板１の共通液室１ｃにインクが供給され、圧電素子５に記録信号に応じた駆動電圧を印加することにより、圧電素子５に変位が生じ、振動板３が圧電素子側に変形変位して液室の容積が増加した時にフィルタ７、流体抵抗部１ｄを経て加圧液室１ｅに供給され、次に振動板３が各個別液室側へ変形変位して加圧液室１ｅの容積が減少したときに、加圧液室１ｅの内圧が上昇してノズル板２のノズル２ａよりインク滴が吐出される。このとき、液排出口８，８はノズル板２によって覆われているのでインクが流出することはない。また、各ノズル２ａに連通する流体抵抗部１ｄに流体抵抗部の開口面積よりも大きい異物が詰まってしまうとインク吐出の際に不具合を生じてしまう。

図４は、インクジェットヘッドの製造過程中に発生した異物を除去する第１の除去方法を模式的に示す断面図である。
第１の除去方法は、インクジェットヘッドの製造過程中において、流路板１にノズル板２を接合する以前に実施され、フィルタ７の上流から洗浄液を矢印に示すように各加圧液室１ｅ、及び各液排出口８，８から同時に流すことで、フィルタ７の下流に存在する異物１０を加圧液室１ｅ、及び液排出口８，８から除去することが可能になる。第１の除去方法は、異物１０が加圧液室１ｅ内、あるいはフィルタ７下流の共通液室１ｃ内に存在する場合に有効な方法である。

図５は、第１の除去方法において、異物が除去できない場合の例を模式的に示す断面図である。
異物１０が流体抵抗部１ｄに捕らえられた場合、あるいは第１の除去方法を実施中に異物１０が流体抵抗部１ｄに捕らえられたような場合には、第１の除去方法では異物１０を除去することができない。このような場合には、第２の除去方法を実施することによって異物１０を除去することができる。

図６は、インクジェットヘッドの製造過程中に発生した異物を除去する第２の除去方法を模式的に示す断面図である。
第２の除去方法は、インクジェットヘッドの製造過程中において、流路板１にノズル板２を接合する以前に実施され、フィルタ７の上流から洗浄液を矢印に示すように共通液室１ｃを経て各液排出口８，８から流出させると同時に、各加圧液室１ｅから流体抵抗部１ｄ、共通液室１ｃを経て各液排出口８，８から流出させることで、フィルタ７の下流に存在する異物１０を液排出口８，８から除去することが可能になる。また、図５に示すように流体抵抗部１ｄに捕らえられている異物１０を除去することも可能になる。このとき、流体抵抗部１ｄを通過することのできない加圧液室１ｅ内の大きい異物１０は、ノズル板２側からの洗浄液供給を停止し、インク供給口側からのみ洗浄液を流すことで除去することができる。

第１及び第２の除去方法を実施することで、インクジェットヘッド内に存在する異物をフィルタ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７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なくなる。

インクジェットヘッド内の異物を除去した後に、ノズル板２を流路板１に接合することによって、製造過程において発生した異物が完全に排除された図３に示すようなインクジェットヘッドが完成する。液排出口８を接着剤等を用いてノズル板２で塞ぐだけで、特別なシール剤を必要とせず、ノズル板２の接合と同時に液排出口８，８を閉塞することができる。

図７は、本発明を適用する実施例２のインクジェット記録装置の要部構成を示す断面図、図８は、図７に示すインクジェット記録装置の側面断面図である。
実施例２のインクジェット記録装置は、記録装置本体２１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ３３、キャリッジ３３に搭載した実施例１のインクジェットヘッドからなる記録ヘッド３４、記録ヘッド３４へインクを供給するインクカートリッジ３５等で構成される印字機構部２２等を収納し、装置本体２１の下方部には前方側から多数枚の用紙２３を積載可能な給紙カセット（或いは、給紙トレイでもよい。）２４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙２３を手差しで給紙するための手差しトレイ２５を開倒することができ、給紙カセット２４或いは手差しトレイ２５から給送される用紙２３を取り込み、印字機構部２２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２６に排紙する。

印字機構部２２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３１と従ガイドロッド３２とでキャリッジ３３を主走査方向（図８で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ３３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からなる記録ヘッド３４を複数の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３３には記録ヘッド３４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３５を交換可能に装着している。

インクカートリッジ３５は上方に大気と連通する大気口、下方には記録ヘッド３４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、記録ヘッドとしてここでは各色の記録ヘッド３４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個の記録ヘッドでもよい。さらに、記録ヘッド３４として用いるインクジェットヘッドは、実施例１のインクジェットヘッドのように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などを使用することができるが、本実施例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３３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド３１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３２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ３３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ３７で回転駆動される駆動プーリ３８と従動プーリ３９との間にタイミングベルト４０を張装し、このタイミングベルト４０をキャリッジ３３に固定しており、主走査モータ３７の正逆回転によりキャリッジ３３が往復駆動される。

一方、給紙カセット２４にセットした用紙２３をヘッド３４の下方側に搬送するために、給紙カセット２４から用紙２３を分離給装する給紙ローラ４１及びフリクションパッド４２と、用紙２３を案内するガイド部材４３と、給紙された用紙２３を反転させて搬送する搬送ローラ４４と、この搬送ローラ４４の周面に押し付けられる搬送コロ４５及び搬送ローラ４４からの用紙２３の送り出し角度を規定する先端コロ４６とを設けている。搬送ローラ４４は副走査モータ４７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３３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ４４から送り出された用紙２３を記録ヘッド３４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４９を設けている。この印写受け部材４９の用紙搬送方向下流側には、用紙２３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ５１、拍車５２を設け、さらに用紙２３を排紙トレイ２６に送り出す排紙ローラ５３及び拍車５４と、排紙経路を形成するガイド部材５５，５６とを配設している。

記録時には、キャリッジ３３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド３４を駆動することにより、停止している用紙２３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙２３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２３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２３を排紙する。

また、キャリッジ３３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド１４の吐出不良を回復するための回復装置５７を配置している。回復装置５７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３３は印字待機中にはこの回復装置５７側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド３４をキャッピングされ、吐出口部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、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口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記録ヘッド３４の吐出口を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口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。

本発明を適用する実施例１の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流路板の各個別液室を断面して模式的に示す断面図である。 インクジェットヘッドの製造過程中に発生した異物を除去する第１の除去方法を模式的に示す断面図である。 第１の除去方法において、異物が除去できない場合の例を模式的に示す断面図である。 インクジェットヘッドの製造過程中に発生した異物を除去する第２の除去方法を模式的に示す断面図である。 本発明を適用する実施例２のインクジェット記録装置の要部構成を示す断面図である。 図７に示すインクジェット記録装置の側面断面図である。

符号の説明

１…流路板、１ａ…貫通孔、１ｂ…個別液室、１ｃ…共通液室、１ｄ…流体抵抗部、１ｅ…加圧液室、２…ノズル板、２ａ…ノズル、３…振動板、４…ベース部材、５…圧電素子、６…フレーム部材、６ａ…共通インク流路、７…フィルタ、８…液排出口、１０…異物、２１…記録装置本体、２２…印字機構部、２３…用紙、２４…給紙カセット、２６…排紙トレイ、３１…主ガイドロッド、３２…従ガイドロッド、３３…キャリッジ、３４…記録ヘッド、３５…インクカートリッジ、３７…主走査モータ、４０…タイミングベルト、４１…給紙ローラ、４４…搬送ローラ、４７…副走査モータ、４９…印写受け部材、５３…排紙ローラ、５７…回復装置。

Claims (7)

1. 共通液室と複数の加圧液室を有する流路板と、前記複数の加圧液室に対応する吐出孔を有し前記流路板に接合するノズル板と、前記加圧液室に対応して形成された駆動素子からなるインクジェットヘッドにおいて、前記流路板に前記吐出孔と比較して流体抵抗が十分小さい液排出口を備えたことを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記液排出口の流体抵抗は、前記吐出孔１穴の流体抵抗の１／１０程度であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記液排出口は、前記流路板に複数形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記液排出口の開口面積は、複数の前記吐出孔の総開口面積よりも大であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載のインクジェットヘッド。
5. 前記液排出口は、前記ノズル板を前記流路板に接合した際、閉塞されることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載のインクジェットヘッド。
6. 前記流路板の前記加圧液室より上流に異物の侵入を阻止するフィルタが設けられていることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに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エネルギーによって吐出孔からインク滴を吐出して記録媒体上に画像を記録するインクジェット記録装置において、請求項１乃至６いずれかに記載のインクジェットヘッドを備えたキャリッジと、前記インクジェットヘッドにインクを供給するインク貯蔵部材を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。