JP5277506B2 - インクジェット記録ヘッド、インク貯留装置 - Google Patents

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Description

本発明は、記録媒体に液体を吐出するインク吐出部に供給するインクを貯留するインク貯留装置と、インク貯留装置を備えた記録ヘッドに関するものである。
記録ヘッドから記録媒体に対してインクを吐出して記録を行うインクジェット記録装置が知られている。このようなインクジェット記録装置(以下、単に記録装置ともいう)では、一般にインクが吐出される複数のノズルが高密度に形成された小型の記録ヘッドを用いて高精細な記録が行われる。
また、この小型の記録ヘッドを複数配置して各記録ヘッドに異なる色のインクを供給することにより、比較的安価でかつ小型な構成で、記録媒体にカラー記録を行うことができる。そのためインクジェット記録装置は、業務用、家庭用を問わず、プリンタ、ファクシミリおよび複写機など、様々な記録装置に用いられている。
このようなインクジェット記録装置では、一般には記録ヘッドにインクを供給するインク供給系の中に負圧発生手段を備え、その負圧発生手段によって負圧が付与されたインクを記録ヘッドに供給し、インク吐出素子によりインク吐出動作を行っている。このような記録ヘッドにおいてインク吐出動作を安定させるために、記録ヘッド内に混入もしくは発生する気泡を如何に処理するかが重要となる。
特許文献1では、インク吐出素子から発生する気泡に対しインクの吐出部内に少なくとも一つのチャンバを備えており、発生した気泡がそのチャンバに蓄積させる構成としている。この構成では、チャンバの容量が限界になるとインク供給流路が気泡で阻まれインク供給ができなくなり、使用不可となる。従って、消耗品であるインクタンクにインク吐出部を備えた形態として、チャンバ容量が限界となる前に定期的に交換させるようにしなければならない。
それに対しインクタンクとインク吐出部を別態とした記録ヘッドの構成として特許文献2では、メインとなる大容量液室と、それとフィルターを介して形成される互いに連通した複数の小容量液室を備え、すべての液室をインクで満たした構成としている。このような構成のもと記録ヘッド内にインクを送る事で流入・発生する気泡をフィルター部に残留して流路抵抗を大きせてしまう事無く排出できる。
しかし、この構成では排出したインクを廃液としてはインクが無駄となってしまうためインク供給を循環系とすることが望ましい。その場合、インク吐出部からの熱でインクが劣化してしまう可能性がある。また適用できる負圧発生手段が限られており、特許文献3にあるようなファンを記録ヘッドに直接接続して積極的に負圧制御を行う方式には適用できない。
また別形態として特許文献4では、記録ヘッド液室内の一つの空間にインク層と空気層が共存し、液室にはインク供給口とインク吐出口とは別に空気層に接続され外部に開放される排出口が備えられている。このようにする事で流入・発生した気泡が上昇し、空気層に達し、気泡内の空気が排出口を介して外部に排出される。
特開平10−250079号公報 特開2007−168421号公報 特開2006−326855号公報 特開2008−030255号公報
しかしながら従来の記録ヘッドでは、インク層からの気泡が空気層で確実に消滅(以下、気液分離)されることは難しいため、二つの層の境界面が明確にならずに空気層が気泡で満たされた状態に成り得る可能性があった。この場合、気泡が予期せぬ部分に浸入し障害をきたす可能性があった。一例としては、インク層と空気層の境界が不明確のため記録ヘッド内のインク量の管理が適切に行えないといった問題がある。
従って、記録ヘッドのインク貯留装置に流入あるいは発生した気泡を消滅させ、効率よく気液分離させることが求められる。
よって本発明は、改良されたインク貯留装置および、インク貯留装置を備えた記録ヘッドを提供することにある。更に、記録ヘッド内に流入あるいは発生した気泡を効率的に除去することをインク貯留装置および、そのインク貯留装置を備えたインクジェット記録ヘッドによって、実現させることを目的とする。
そのため本発明のインク貯留装置は、記録媒体にインク滴を吐出するインク吐出部前記インク吐出部から吐出するインクを貯留する液室と、前記液室の上部に設けられる空気室と、前記液室と、前記空気室とを隔てる隔て部と、前記隔て部の端部に設けられ、前記液室と前記空気室とを接続する連通部と、前記液室の天面に設けられ、前記吐出部の吐出面に対して傾斜している、前記液室内の気泡を前記連通部に案内するガイド面と、前記空気室に設けられ外部と接続される空気流路口と、を備えたインク貯留装置であって、前記インク吐出部が形成された方向に関して前記インク貯留装置の一方の端部側には前記連通部が設けられ、前記インク吐出部が形成された方向に関して前記インク貯留装置の他方の端部側には前記空気流路口が設けられるとともに前記連通部が設けられていないことを特徴とする。
また、本発明のインクジェット記録ヘッドは、記録媒体にインク滴を吐出するインクジェット記録ヘッドにおいて、インク滴を吐出する吐出口と、前記吐出口から吐出するインクを貯留する液室と、前記液室の上部に設けられる空気室と、前記液室と、前記空気室とを隔てる隔て部と、前記隔て部の端部に設けられ、前記液室と前記空気室とを接続する連通部と、前記液室の天面に設けられ前記吐出部の吐出面に対して傾斜している、前記液室内の気泡を前記連通部に案内するガイド面と、前記空気室に設けられ、外部と接続される空気流路口と、を備えたインクジェット記録ヘッドであって、前記インク吐出部が形成された方向に関して前記インクジェット記録ヘッドの一方の端部側には前記連通部が設けられ、前記インク吐出部が形成された方向に関して前記インクジェット記録ヘッドの他方の端部側には前記空気流路口が設けられるとともに前記連通部が設けられていないことを特徴とする。
本発明によればインク貯留装置は、インクを貯留する液室と、液室と接続された空気室と、液室にインクの供給を行う供給口と、液室の上部に設けられた、供給口側から空気室側に向かって上昇していくガイド面を備える。さらに、インク貯留装置は、空気室に設けられた外部と接続される空気流路口と、を備える。これによって、改良されたインク貯留装置および、インク貯留装置を備えた記録ヘッドを実現することができる。更に、記録ヘッド内に流入あるいは発生した気泡を効率的に除去するインク貯留装置および、そのインク貯留装置を備えたインクジェット記録ヘッドを実現することができる。
また、本発明によればインク貯留装置は、吐出するインクを貯留する液室と、液室と接続された空気室と、液室にインクの供給を行う供給口と、液室の上部に設けられた、液室内で発生した気泡を供給口側から他方端部に向かって案内するガイド面を備える。さらに、インク貯留装置は、空気室に設けられた外部と接続される空気流路口と、を備える。これによって、改良されたインク貯留装置および、インク貯留装置を備えた記録ヘッドを実現することができる。更に、記録ヘッド内に流入あるいは発生した気泡を効率的に除去するインク貯留装置および、そのインク貯留装置を備えたインクジェット記録ヘッドを実現することができる。
また、本発明によればインクジェット記録ヘッドは、インク滴を吐出する吐出口と、吐出口から吐出するインクを貯留する液室と、液室との連通部を介して接続された空気室と、液室にインクの供給を行う供給口を備える。さらに、インクジェット記録ヘッドは、液室の上部に設けられた、供給口側から連通部側に向かって上昇していくガイド面と、連通部に対して空気室を介した位置に設けられ外部と接続される空気流路口と、を備える。これによって、改良されたインク貯留装置および、インク貯留装置を備えた記録ヘッドを実現することができる。更に、記録ヘッド内に流入あるいは発生した気泡を効率的に除去するインク貯留装置および、そのインク貯留装置を備えたインクジェット記録ヘッドを実現することができる。
また、本発明によればインクジェット記録ヘッドは、インク滴を吐出する吐出口と、吐出口から吐出するインクを貯留する液室と、液室との連通部を介して接続された空気室と、液室にインクの供給を行う供給口を備える。さらにインクジェット記録ヘッドは、液室の上部に設けられた、液室内で発生した気泡を供給口側から他方端部に向かって案内するガイド面と、連通部に対して空気室を介した位置に設けられ外部と接続される空気流路口と、を備える。これによって、改良されたインク貯留装置および、インク貯留装置を備えた記録ヘッドを実現することができる。更に、記録ヘッド内に流入あるいは発生した気泡を効率的に除去するインク貯留装置および、そのインク貯留装置を備えたインクジェット記録ヘッドを実現することができる。
第1の実施形態を適用可能なインクジェット記録装置を模式的に示した正面図である。 図1の記録装置の制御系を示すブロック図である。 第1の実施形態の記録装置におけるインクタンクからヘッドユニットまでのインクの通る経路を模式的に示した図である。 ヘッドユニットの吐出口面をクリーニングする際の手順を示したフローチャートである。 (a)から(c)は、吐出面からワイパによってインクを拭き取る手順を示す模式図である。 (a)、(b)は、ヘッドユニットとその周囲を拡大して示した図である。 記録信号を受信してから記録が終了するまでの動作を表わしたフローチャートである。 図6のVIII−VIIIによる断面を示した図である。 第1の実施形態の変形例であるヘッドユニット示した断面図である。 第1の実施形態の変形例であるヘッドユニット示した断面図である。 (a)、(b)は、第2の実施形態のヘッドユニットを示した図である。 (a)、(b)は、中間チューブを拡大して示した図である。 第3の実施形態のヘッドユニットとその周囲を示した図である。 図13とは別の実施形態を示した図である。 (a)から(d)は、第1の実施形態におけるヘッドユニットを示した図である。 第1の実施形態におけるヘッドユニットを示した図である。
(第1の実施形態)
以下、図面を参照して本発明の第1の実施形態を説明する。
図1は、本実施形態を適用可能なインクジェット記録装置(以下、単に記録装置ともいう)を模式的に示した正面図である。記録装置10はホストPC12と接続されており、ホストPC12から送信される記録情報に基づいて、4つのヘッドユニット22K、22C、22M、22Yから記録媒体(以下、ロール紙ともいう)Pにインクを吐出することで記録を行う。
4つのヘッドユニット(インクジェット記録ヘッド)22K、22C、22M、22Yは、記録媒体Pの搬送方向(矢印A方向)に沿って配置されている。各ヘッドユニットは搬送方向に黒インク用ヘッドユニット22K、シアンインク用ヘッドユニット22C、マゼンタインク用ユニットヘッド22M、イエローインク用ヘッドユニット22Yの順で配置されている。ヘッドユニット22K、22C、22M、22Yは所謂ラインヘッドであり、記録媒体搬送方向に対して記録幅全域に亘ってそれぞれを平行に並べた状態で設けられている。記録装置が記録を行う際は、各ヘッドユニットを移動させることなく、ヘッドユニットに設けられたヒータを駆動することによってノズル(インク吐出部)からインクを吐出して記録を行う。
ヘッドユニットは記録に伴って、ノズルを有する面(以下、インク吐出口面ともいう)22Ks、22Cs、22Ms、22Ysにゴミやインク滴等の異物が付着することで吐出状態が変わり、記録に影響を与えることがある。そのため、各ヘッドユニット22K、22C、22M、22Yから安定してインクを吐出できるように、記録装置10には回復ユニット40が組み込まれている。この回復ユニット40によるインク吐出口面のクリーニングを定期的に行うことによって、ヘッドユニット22K、22C、22M、22Yのノズルからのインク吐出状態を初期の良好なインク吐出状態に回復することができる。
回復ユニット40には、クリ−ニング動作のときに4つのヘッドユニット22K、22C、22M、22Yのインク吐出口面22Ks、22Cs、22Ms、22Ysからインクを除去するキャップ50が備えられている。キャップ50は各ヘッドユニット22K、22C、22M、22Yに独立して設けられており、ブレード、インク除去部材、ブレード保持部材、キャップ等から構成されている。
記録媒体Pはロール紙供給ユニット24から供給され、記録装置10に組み込まれた搬送機構26によって矢印A方向に搬送される。搬送機構26は、ロ−ル紙Pを載置して搬送する搬送ベルト26a、この搬送ベルト26aを回転させる搬送モータ26b、搬送ベルト26aに張力を与えるローラ26cなどから構成されている。
記録を行う際には、搬送中のロール紙Pがブラックのヘッドユニット22Kの下に到達すると、ホストPC12から送られた記録情報に基づいて、ヘッドユニット22Kからブラックインクが吐出される。同様にヘッドユニット22C、ヘッドユニット22M、ヘッドユニット22Yの順に、各色のインクが吐出されてロール紙Pへのカラー記録が完成する。
更に記録装置10には各ヘッドユニットに供給されるインクを貯めておくメインタンク28K、28C、28M、28Yや、各ヘッドユニットにインクを補充可能なポンプや、後述するクリーニング動作をするためのポンプ(図3等参照)などが備えられている。
図2は、図1の記録装置10の制御系を示すブロック図である。ホストPC(ホスト装置)12から送信された記録情報やコマンドは、インターフェイスコントローラ102を介してCPU100に受信される。CPU100は、記録装置10の記録情報の受信、記録動作、ロール紙Pのハンドリング等全般の制御を掌る演算処理装置である。CPU100では、受信したコマンドを解析した後に、記録データの各色成分のイメージデータをイメージメモリ106にビットマップ展開して描画する。記録前に行う動作処理では、出力ポート114およびモータ駆動部116を介してキャッピングモータ122とヘッドアップダウンモータ118を駆動し、各ヘッドユニット22K、22C、22M、22Yをキャップ50から離して記録位置に移動させる。
またCPU100は、後述のようにヘッドユニット22K、22C、22M、22Yに適正な負圧を付与するためのファンのファンモータの回転を、圧力センサによって得られた圧力情報に基づいて随時補正する制御を行う。さらにCPU100は、出力ポート114およびモータ駆動部116を介してロ−ル紙Pを繰り出すロールモータ126およびロール紙Pを搬送する搬送モータ120等を駆動してロ−ル紙Pを記録位置に搬送する制御を行う。
記録を行う際は、一定速度で搬送されるロール紙Pにインクを吐出するタイミング(記録タイミング)を決定するため、先端検知センサ109でロール紙Pの先端位置を検出する。その後、ロ−ル紙Pの搬送に同期して、CPU100はイメージメモリ106から記録情報を順次読み出し、この読み出した記録情報を各ヘッドユニット22K、22C、22M、22Yに、ヘッドユニット制御回路112経由して転送する。
CPU100の動作はプログラムROM104に記憶された処理プログラムに基づいて実行される。プログラムROM104には、制御フローに対応する処理プログラムおよびテーブルなどが記憶されている。また、CPU100は作業用のメモリとしてワークRAM108を使用する。さらにCPU100は、各ヘッドユニット22K、22C、22M、22Yのクリーニングや回復動作時に、出力ポート114、モータ駆動部116を介してポンプモータ124を駆動し、インクの加圧および吸引等の制御を行う。
図3は、本実施形態の記録装置におけるインクタンク28Kからヘッドユニット22Kまでのインクの通る経路を模式的に示した図である。各ヘッドユニットは同じ構造であるため、以下、例としてブラックインク用ヘッドユニット22Kについてのみ説明を行う。
記録装置10には、ヘッドユニット22Kにインクを供給する供給部60が組み込まれている。本実施形態におけるヘッドユニット22Kは、インクを貯留可能な貯留部22Krとインクを吐出可能な吐出部22KSiと、空気を貯留する空気室66が一つのユニットとして共通の枠体に構成される。ただし、空気室66を枠体へ組入れずに別の構成として、吐出部22Ksiと貯留部22Krを共通の枠体に構成しても良い。供給部60は、記録装置10の本体に着脱自在なインクタンク28Kと、このインクタンク28Kとヘッドユニット22Kとをつなぐインク供給路62の途中に配置されたインク供給ポンプ72などから構成されている。インク供給ポンプ72は、インクフィルタ90を介して貯留部22Krへのインク供給を担う。
ヘッドユニット22Kについて更に説明する。貯留部22Krには、貯留されているインク(以下、貯留インクともいう)の液面22Krsのレベルを検知する液面検知センサ86が取り付けられている。また、貯留部22Kr下方では、ヘッドユニット22Kのノズル22Knと、ノズル22Knへのインク供給口が形成された吐出部22KSiとが接続されている。
貯留部22Kr上部には、空気で満たされた空間(以下、空気室ともいう)66が設けられており、その空気室66には、エアーフィルタ95を介して空気流路64が接続されている。
そしてその空気流路64には、空気流路64を遮断可能な大気バルブ84および圧力を測定可能な圧力検出センサ81が備えられている。圧力検出センサ81は空気室66内の圧力を検出することが可能である。また、圧力検知センサ81は、空気室66内に設け空気室66内の圧力を直接検出するようにすれば記録ヘッド22K内の圧力を更に正確に検知することが可能である。
空気流路64のエアーフィルタ95が設けられている一方端部とは反対の他方端部は、減圧流路65とT字状に接続されており、その減圧流路65は、一端が大気開放、他端はファン68に接続されている。
次にインクタンク28Kについて説明する。このインクタンク28K内のインクの有無を検出する検出センサ(不図示)が取り付けられている。また、インクタンク28Kには、インクタンク28Kの内部圧力を大気圧にするための大気開放バルブ74が取り付けられている。
貯留部22Krの液面検知センサ86の測定結果(検出結果)でインク液面22Krsが一定レベル以下と判断した時は、インクタンク28Kの大気開放バルブ74が開放され、供給ポンプ72を稼動してインクタンク28Kからインクを吸引する。そして、吸引したインクを貯留部22Kr内に供給する。一方、液面検知センサ86が一定レベル以上のインク液面22Krsを検知したときは、供給ポンプ72が停止し、インクタンク28Kの大気解放バルブ74が密閉されてインクの供給は停止される。
ところで、供給ポンプ72にはチューブポンプが用いられており、供給ポンプ72が非稼動時にはインク供給路62は遮断される(インクタンク28Kと貯留部22Krとの間の流路が遮断される)。
図4は、ヘッドユニットの吐出口面22Ksをクリーニングする際の手順を示したフローチャートである。また、図5(a)から(c)は、吐出面22Ksからワイパ52によってインクを拭き取る手順を示す模式図であり、図5(a)は、拭き取り開始前を示し、図5(b)は、拭き取り終了直後を示し、図5(c)は、拭き取り終了後の待機状態を示す図である。ここでいうクリーニングとはヘッドユニット22Kのインク吐出を良好な状態に継続的に維持するために行われる動作をいい、経過時間や吐出状況等の条件を満たした場合、または、記録品位に異常が見られる場合等に自動的にもしくは任意で実施される動作である。以下、クリーニングの動作について順に説明する。
ステップS401でクリーニング指令を受信すると、ステップS402で大気開放バルブ84を解放する。その後、ステップS403でクリーニングポンプ92がキャップ50内を減圧させる方向に駆動し、貯留部22Kr内のインクをノズル22Knからキャップ50に引き込んで排出させる。このインクの排出によって、記録動作中等にノズル22Knの周囲部に溜まった微細な気泡や、ヘッドユニットの吐出口面22Ks上に付着したゴミ等の異物を除去することができる。そして一定時間経過後、ステップ404でクリーニングポンプ92の駆動を停止し、ステップ405で大気バルブ84を閉じる。
なお、この状態ではヘッドユニット22Kの各ノズル22Knの開口を含む吐出口面22Ksに、まだインクが付着していることがある。そこで、この汚れを除去するために、後述するように、キャップ50と共に設けられたワイパ52で吐出口面22Ksを拭く。その際、先ずステップS406で図5(a)に示すように、ヘッドユニット22Kが回復キャップ50の上方へと移動する。その後、ステップS407でキャップ50が矢印B方向に移動することにより、図5(b)に示すように、フェイス面22Ksに付着しているインクなどの汚れがワイパ52で拭き取られる。この動作をワイピング動作と呼び、ワイピング動作終了後は、ステップS408で図5(c)に示すように、ヘッドユニット22Kは再びキャッピングされて待機状態になる。この待機状態にあるヘッドユニット22Kはフェイス面22Ksがキャップ当接部54でキャッピングされている(塞がれている)ので、キャップ50内での空気の対流がほとんど無く、ノズル22Knにあるインクが増粘するのを防止することができる。ヘッドユニット22Kが待機状態になってクリーニング動作は終了となる。
なお、ノズル22Knから排出されたインク(廃インク)はキャップ50に受容されて吸引ポンプ92(図3参照)によって吸引される。吸収された廃インクは、廃インクタンク71(図3参照)に圧送される。廃インクタンク71には微小な大気開放口75が設けられており、廃インク(および気泡)の流入に伴い変化する廃インクタンク71内の圧力を大気へと解放する役割を担う。
図6(a)、(b)は、ヘッドユニット22Kとその周囲を拡大して示した図である。記録時にはノズル22Knにメニスカスを形成するためにヘッドユニット22Kに適正な負圧を付与する必要がある。そのため、記録時には大気バルブ84を開放状態にして、ファン68を矢印C方向への空気の流れを作るように作動させることによって、ヘッドユニット22K内の空気室66が減圧される。
その結果、貯留部22Krを介してノズル22Kn内も同様に減圧され。これによりヘッドユニット22Kのノズル22Knに負圧が付与される。このとき、本実施形態では大気と連通した貯留部22Krが、吐出部22Ksの上方に配置されているので、大気バルブ84開放時、ノズル22Kn先端の開口部には液面22Krsからの水頭圧力Hの正圧力がノズル22Kn開口部に作用する。そのため、ファン68による空気室66内への減圧量は水頭圧力H以上に設定する必要がある。この結果、ノズル22Knの開口部においてインクのメニスカスが形成されることになる。
本実施形態では特許文献5のように、負圧を発生させる空間から直接ファン68によって気体を吸引するのではなく図6(a)、(b)のような間接的に吸引する手法を用いている。つまり、ファン68を作動させることで発生する負圧が直接空気室66に掛かるのではなく、大気を導入可能な吸入口61(空気導入部)を設けていることで、負圧は間接的に空気室66に掛かることになる。また本実施形態では、ファン68を作動させることにより、吸入口61から取り込まれた空気の流れが減圧流路65に生じ、その減圧流路65に接続された空気流路64内の空気は、主にエジェクタの原理により、減圧流路65の空気の流れに引き込まれる。この結果、空気室66に負圧が生じることになる。
大気バルブ84が解放されているときには、ノズル22Knの開口部におけるインクのメニスカスを最適な状態に維持するため常に一定の負圧を空気室66に付与することが必要である。吐出部22KSiからインクが吐出されると貯留部22Krのインク量が減るため、それに伴って空気室66の負圧は高くなる。空気室66の負圧が高い状態のままだと、メニスカスを所定の位置に形成することができなくなり、インクを良好に吐出できなくなる。そのため、インクの吐出に伴って高くなった負圧を一定の負圧に戻すために、空気室66内の圧力調整を行う必要がある。
本実施形態では空気室66の空間内の空気を間接的に吸引する手法を採用している。空気室66からファン68までの間に大気と連通している部分があるため、減圧流路65には、ファン68の回転によって常に空気の流れが生じ、空気室66内の負圧は、その減圧流路65内の空気の流れに起因する。
空気室66内の負圧を一定に維持するためには、その空気室66内の負圧の変動に応じてファン68を制御し、減圧流路65内の空気の流量を調整する必要がある。このような流量の調整に際しては、定常的に流れる空気が有利に作用する。すなわち、空気室66内の圧力が変動した時に、ファン68の回転速度が一定であっても空気室66内の圧力変動をある程度吸収するように、減圧流路65内の空気流量が自動的に変化する。従って、空気室66内の細かな圧力変動に追従させるように、ファン68をさほど細かく制御する必要が無い。つまり、ファン68の一定回転速度下において圧力変動に追従できる範囲(圧力ヘッドの吸収可能な程度)は、特許文献4のような構成、つまり空気室内の空気を直接的に吸引する場合よりも広くなる。
そのため、空気室66内を比較的簡単な制御によって所定の負圧力に安定的に維持することができる。ファン68の回転を制御することにより、圧力変動量が短時間に大きく発生する場合にも一定の負圧を維持できることは勿論である。また本実施形態のように、空気室66内の空気を間接的に吸引する手法では、自動的に大気から空気を取り込むことで、空気室66内の圧力が目標値に収束するまでの時間を短時間にすることができる。さらに、本実施形態のように空気室66内の空気を間接的に吸引することにより、貯留部22Krのインクと触れる空気室66の空気を大きく攪拌することがない。そのため、インクの揮発成分が蒸発しにくくインクが増粘しにくい。また本実施形態においては、ファン68の作動時に常時空気の流れが生じるため、その流れを利用してファンモータ82を冷却することができる。
図7は、記録信号を受信してから記録が終了するまでの動作を表わしたフローチャートである。通常、記録装置を使用していない状態では、ノズルKnからのインクの漏れを防止する目的で大気バルブ84は閉じられている。記録を開始する場合には、先ず大気バルブ84が閉じられている状態で、ファン68を作動させて、減圧流路65および空気流路64内を減圧させてから大気バルブ84を開く。以下、このような記録を行う際の処理に関して順に説明する。
ステップS701で記録装置10が記録信号を受信すると、ステップS702へ進みファン68を作動させる。次にステップS703で、ファン68による減圧が正常に行われているかを確認するために空気流路64内の圧力を圧力検出センサ81で確認する。ここで、所定の圧力が得られていない場合には、ステップS704へ進み、ファン68の回転数の補正を行う。ステップS703で所定の圧力が得られていればステップS705へと移行して大気バルブ84を解放する。大気バルブ84の解放によって空気室66が減圧されて、ノズル22Knにも負圧が作用するようになり、ノズルKnの開口(吐出口)にはメニスカスが最適な状態で形成される。
次に、ステップS706でヘッドユニット22Kをワイピング位置へ移動させて、ステップS707でヘッドユニット22Kの吐出口面22Ksのワイピングを行う。その後、ステップ708で記録を行うためヘッドユニット22Kを下降させてから記録位置へ移動させる。ステップ709で記録媒体Pに対して記録を行い、記録動作終了後、ステップS710でヘッドユニット22Kを上昇させて、待機位置まで移動して再びキャップ50によってキャッピングされる。その後、ステップS711で大気バルブ84を閉じて、ステップS712でファン68の作動を停止し、再び待機モードとなってこのフローチャートを終了する。
記録動作が実行されている間、貯留部22Krのインクは、記録によるインク消費によって減っていくが、本実施形態のヘッドユニット22Kの構成では、減ったインクと同等体積の空気が吸入口61および空気流路64を経由して空気室66内に導かれる。また、液面検知センサ86によって液面22Krsが一定レベル以下になったと検知した場合にはインク供給ポンプ72により、液面検知センサ86がインク液面22Krsの上限レベルを検知するまで貯留部22Kr内へインクを供給する。この際も、貯留部22Kr内に流入するインクの体積相当分の空気が空気流路64を介して大気へ放出される。従って、貯留部22Kr内のインクの増減によるノズル22Knに作用する圧力変動は抑制される。
図8は、図6(a)のVII−VIIによる断面を示した図である。吐出部22KSi内のノズル22Knは、ヒーターボード22Khと供給口形成部材22Ktとの2つのチップを接合することで形成されている。また、供給口形成部材22Ktには、貯留部22Krを形成する液室25Kが当接し、供給口形成部材22Ktのインク流路と連通している。また、ヒーターボード22Khとヘッド基板24Kとは、通電ワイヤ26Kによって結線され、ヘッドユニット22Kと外部基板との間で信号のやり取りを行う。また、吐出部22KSi、ヘッド基板24、液室25K等は図示せぬ手段によりベースプレート23Kに固定されている。
ところで記録装置が記録動作および待機時に、貯留部22Kr内にはインク中の溶存ガスの析出や、インク供給動作により気泡69が混入する場合がある。尚、インク中の溶存ガスとはインクに溶け込んでいる空気を指し、一般に温度が低い程多く溶け込む。こういったガスがインク中に析出する一例としては、記録動作中にインクが吐出部22KSiの方へ移動するのに伴い、吐出部22KSiに設けられたヒータの熱によって、インクの温度が上昇していくケースが挙げられる。また、貯留部22Kr内への供給インクに気泡69が含まれる一例としては、インク供給路62でのガス透過が挙げられる。インク供給路62内は通常インクで満たされるが、インク供給路62をチューブ等で構成する場合、時間の経過とともに大気中の空気がチューブを透過し内部に混入する。このように、気泡69はインク供給動作に伴い液室22Kr内へ混入する。
このように混入した気泡69は累積するように溜まっていき、やがてインク供給口1000にまで回り込みインク供給の流路を塞ぎ、インク供給を妨げるような現象を引き起こす。またこの時、十分な気液分離の液面22Krsとインクヘッドユニット22Kに接続される空気流路64の入口1001(以下、空気流路口1001とする)との距離がとれていない場合では、累積した気泡69が空気流路口にまで到達することがある。そして、負圧発生方式においてはファン68の負圧により空気流路64までインクが吸引され、ファンの故障、もしくは、インクの飛び散りといった問題が起こりうる。このような不具合を防ぐため従来は、所定の間隔で記録に寄与しないインクを排出させると同時に気泡69も排出して気泡69の除去を行ったり、累積して溜まった気泡69を所定位置(例えばインクタンク)にまで押し流すといった手法をとっていた。
本実施形態の記録装置では、図15(a)に示すように貯留室22Krの端部に設けられた供給口1000より他方端部に位置するインク液面22Krs(供給口側から空気室側)に向け上昇するガイド面600を貯留室22Krsの上部に備えている。また、供給口形成部材22Ktと液室25Kとの当接面からインク液面22Krsに至る流路では、液室天面のガイド面600により気泡が自らの浮力により空気室66側(空気室との連通部側)に向かって移動できるように形成されている。また、吐出部22Ksiが形成された上部全てに渡り傾斜面を設けることで、吐出部22Ksiで発生した気泡は空気室66へ効率的に案内される。
図示しないが、ガイド面600の表面は気泡の移動がより効率的にできる様にその表面に撥水処理を行っても良い。(撥水処理は化学薬品を塗布するものや、表面に凹凸を形成するような加工を含むものとする。)
このような構成によって、気泡によりインク流路が遮断されない構成になっている。
供給口1000から貯留室22Krへ繋がる流路においても同様で、上昇する気泡69が流路に浸入し遮断しないよう本実施形態では流路出口に突起部1002を設けている。この時、突起部1002に傾斜をもたせ、気泡69が蓄積しないような形状とする。尚、前記の様な突起部1002を設けた構成は、これに限定するものではなく、前記の流路出口をノズル22Krnの上にかからないように配置しても良い。
貯留部22Krに混入した気泡69は、上方へ移動するとともにインク液面22Krsに達し消滅(以下、気液分離という)する。また、上述したインク供給動作により貯留部22Krのインク量は一定範囲内に維持され、ガイド600によって集められた気泡69は気液分離して大気へ放出される。そのため、気泡69が貯留部22Kr上方の空気室66に累積して溜まっていくことはない。また、本実施形態ではインク液面22Krsから空気流路口1001の間に貯留室22Krsとは隔てられた空間として空気室66を設けている。つまり、空気流路口1001と、空気室66それぞれは貯留部22Krの端部に構成し、距離を保って構成されている。このような構成によって、インク液面22Krsに存在する気泡69が空気流路口1001に達することがない様に構成されている。
このようにする事で、インク液面22Krsと空気流路口1001までの道のりを十分に稼ぐことができる。そして仮に多量の気泡69が混入しインク液面22Krsでの気液分離が間に合わず累積した場合においても、負圧によって吸い出されて出口(ファン68の位置)にまで達する危険性を抑制する事が出来る。尚、空気室66の空間形状および空気流路口1001の位置などは、前記の様な構成に限定されるものではなく、装置構成をかんがみ、自由に配置すれば良い(図6(b)参照)。
図15(b)、(c)では更に良好な気液分離ができるようにインク液面22Krsの位置する領域を貯留室22Krより厚み方向に掘り下げた構成としている。このようにする事で、貯留室22Krからインク液面22Krs(空気室66)の流路は断面が急拡大となり、拡大した空気室66では圧力が低下してインク内の気泡が消泡する作用が生じ、効率的に気液分離が果たせる。
図15(d)では、本実施例でのヘッドユニット22Kの形態を示しており、貯留室22Krに液面検出センサ86を備えることでインク液面22Krsを検出し、常に所定の位置になるようインク供給の制御を行える構成としている。図15(b)、(c)に示した構成のインク液面22Krs位置に液面検出センサ86を設けることで、良好な気液分離より気泡69による誤検知を起こすことなく、より正確なインク供給制御を行うことが可能となる。
本実施形態では2つの液面検出センサ86の検知位置をインク液面22Krsの上限高さに設定して、インク使用時にはこの位置からのインク使用量によって液面検出センサ86の検知までインクをポンプ供給している。また、1つの液面検知センサ86を空気室66にも設けており、仮に気泡69が蓄積し空気室66に進入した場合においても検知し供給を止める機能を設けている。
尚、この構成および制御はこれに限定するものではない。もう1つ追加で液面検出センサ86を設けた構成でインク液面22Krsの下限高さを検知させ、その検出によってインク供給を行い、上限高さの検出で供給を停止させるといった制御としても良い。
なお、気泡69が壁面等に付着する場合があるが、こうした気泡69は微細であり流路を塞ぐ等の弊害になることはない。また気泡69が大きくなる場合には、いずれ壁面から離れて気液分離される。よって、本実施形態のインクジェット記録装置では、気泡69の除去は記録動作、待機時等、通常の動作サイクルの中で自動的に行われるため特別に気泡除去のためのシーケンスを実施する必要がない。
ただし、ノズル22Knは、きわめて極細な流路で構成されており、気泡69が供給口形成部材22Ktを通して貯留部22Krに出てこない場合があり、吐出部22KSi内に留まることがある。このような場合には、上述したようなクリーニング動作によりインクの排出を伴ってノズル22Knより気泡69を排出する。
また、上述したように気泡69の大部分は通常の動作内で取り除かれる。よって、ここでは吐出部22KSi内に留まる少量の気泡69を除去するのみである。そして、そのような少量の気泡69はノズル22Kn近傍に存在するため、クリーニング動作により排出するインクの量が少ない量で気泡69を取り除くことができる。
また、図16に示すように、ガイド面600は、供給口1000からインク液面22Krs(空気室66)に向かって直線的である必要は無く、供給口1000からインク液面22Krs(空気室66)における一部の面に変化部を設けるようにしてもよい。ガイド面600は上述したように気泡が移動できるように構成していればこれらの形状に限らない。
さらに、ガイド面600の途中に気泡貯め部材1010を設け、細かい気泡を貯めて、一定の大きさになった気泡がその浮力によって、空気室へ移動するようにしても良い。
なお、上述の説明における貯留部22Krは、気泡69がノズル22Knから液面22Krsに達するまでに遮るものがない構成を示しているが、これに限定するものではなく以下で説明するような構成でもよい。
また、図示はしないが上述した記録ヘッド22Kは、貯留部22Kr、吐出部22Ksi、空気室66が共通の枠体に構成されている。しかし、吐出部22Ksiと別のインク貯留部による記緑ヘッドとして構成し、空気室66と、空気室66に設けられたガイド面600と、貯留部22Kriを共通の枠体としても良い。
このように、貯留室22Krに混入する気泡69を効率良く処理することで、インク供給不良やファン68の破損など各種弊害を防止し、より安定した連続印字を可能にする記録ヘッドおよびインクジェット記録装置を実現することが出来た。
(変形例)
以下に、本実施形態の変形例を説明する。
図9および図10は、本実施形態の変形例であるヘッドユニット22Kx、22Kyをそれぞれ示した断面図である。ヘッドユニット22Kxでは貯留部22Krに、吐出部22KSiとインク液面22Krsとの間に流路22Krdが設けられた仕切りが備えられている。この流路22Krdは、発生する気泡69の径より大きな間隔Dを備えているため、気泡69が浮力によって上昇するのを妨げず、インク液面22Krsに達して気液分離を可能にする。
また、ヘッドユニット22Kyも同様に貯留部22Krに、吐出部22KSiとインク液面22Krsとの間に流路22Krdが設けられた仕切りが備えられている。そして、この仕切りには一部気泡が滞留する滞留部22Krtが設けられる。ただし滞留部22Krtは、気泡69が流路22Krdを塞ぐほど累積する前に、滞留した気泡70が一部分離するように構成されており、さらに流路22Krdは、分離した気泡69の径よりも大きな間隔Dを備えている。その結果、分離した気泡69はインク液面22Krsまで上昇して気液分離する。
なお、本変形例では、ヘッドユニットと仕切りとは一体で構成された例を示しているが、これに限定するものではなく、別体で構成されていてもよい。
このような形態にする事で、気泡69の成長を抑制、負圧による消泡の促進、貯留部22Krの気泡69の排出などを可能とし、それらから確実な気液分離が可能となるため、ヘッドユニット内に累積で溜まることがない。そのため、気泡69の除去のためのクリーニング実施頻度が低減し、同時に記録に寄与しないインクの吐出量を抑制することができた。またクリーニング実施頻度の低減のより記録速度をアップすることができた。
このように、吐出部とインク液面との間に流路が設けられた仕切りを設けた構成でも、ファンの故障やインクの飛び散りがなく、気液分離の液面まで気泡を残さず排出でき、インク供給が正しく行えるインクジェット記録装置を実現することができた。
(第2の実施形態)
以下、図面を参照して本発明の第2の実施形態を説明する。
図11(a)、(b)は、本実施形態のヘッドユニットを示した図である。本実施形態のヘッドユニットのインク貯留部は、吐出部22KSiと当接した第2貯留部22Kraと、互いに連通する二つの隔てられた部屋である貯留部22Krと空気室66を備えた気液分離を行う第1貯留部22Krbと、に分かれている。図11(a)は、吐出部22KSiがキャッピングされている状態を示した図であり、図11(b)は、吐出部22KSiがキャッピングされていない状態を示した図である。
吐出部22KSiには第2貯留部22Kraが当接され、記録ヘッド部22Kvとして構成される。また第2貯留部22Kraと第1貯留部22Krbは中間チューブ63を介して接続されている。第1貯留部22Krbには、第1の実施形態と同様の構成であるファン68等の減圧機構および、インク供給路62が接続されている。第1貯留部22Krbは本体フレームに固定されており、記録ヘッド部22Kvは記録動作やキャッピング動作等による移動時に第1貯留部22Krbに対して相対移動する。
図12は、中間チューブ63を拡大して示した図である。図12(a)は、記録ヘッド部22Kvの吐出部22KSiがキャッピングされている時の中間チューブ63の状態を示しており、図12(b)は、記録動作時の中間チューブ63の状態を示している。図11(a)で示すように、記録ヘッド部22Kvがキャッピングポジションにある時、記録ヘッド部22Kvは第1貯留部22Krbと相対的に近づくため、中間チューブ63は湾曲し一部に逆U字状の部分が形成される。ゆえに図12(a)で示すようにキャッピング中、もしくは記録動作中に第2貯留部22Kra内で発生した気泡は、中間チューブ63の逆U字状部分で気泡溜まり71を形成しインク流路を塞ぐことがある。
しかし、図11(b)で示すように記録ヘッド部22Kvが記録動作等で下方に移動する(第1貯留部22Krbより相対的に離れる)ことで中間チューブ63の逆U字状の部分は解消される。その結果、中間チューブ63は第2貯留部22Kra内で発生した気泡26が連続的に上昇して第1貯留部22Krbと連通するようになる。そして、図12(b)で示すように気泡溜まり71から気泡69が分離し、自らの浮力により上昇していく。特に中間チューブ63のインク流路径Dcは分離する気泡69の径よりも大きいため、気泡69は第1貯留部22Krbに達し、第1の実施形態で説明したように気液分離される。
よってキャッピング時に気泡溜まり71によってインク流路を塞いでも、実際にインクを吐出する記録動作時には、インク流路が遮断されることはない。またこの時、気泡溜まり71の一部が中間チューブ63に残存することがあるが、こうした場合を考慮し、最低限のインク流路Diを確保できるように中間チューブ63の径Dcを設定すればよい。
ところで、記録ヘッド部22Kvがキャッピングポジションから記録動作に移行する前に、ノズル22Kn開口部の大気に暴露されたインクをフレッシュなインクに置換するため、キャップ50内にインクを吐出することがある。この場合、気泡溜まり71によりインク流路が遮断されているために第2貯留部22Kra内の負圧量が上昇するが、吐出量が少ないため、気泡溜まり71自体が第2貯留部22Kra側に引き込まれるように移動するか、もしくは自ら膨張するため問題ない。
また、第1の実施形態でも説明したように、本実施形態のインクジェット記録装置を用いることで、ヘッドユニット22K内に累積して気泡69が溜まることがない。
このように、インク貯留部を第1貯留部と第2貯留部とに分けた構成でも、ファンの故障やインクの飛び散りがなく、気液分離の液面まで気泡を残さず排出でき、インク供給が正しく行えるインクジェット記録装置を実現することができた。
(第3の実施形態)
以下、図面を参照して本発明の第3の実施形態を説明する。
図13は、本実施形態のヘッドユニットとその周囲を示した図である。ファン68による負圧制御手段は、本実施形態のように、複数のヘッドユニット22Y、22M、22C、22Kに接続されていてもよい。
また図14は、本実施形態の図13とは別の実施形態を示した図である。上記各実施形態では、大気と連通する吸入口61からファン68までの空気の流れは直線的な流れであった。しかしこれに限定するものではなく、図14のように、空気室66からファン68までの空気の流れを直線的な流れにして、その流れの途中に、大気と連通する吸入口61を設けてもよい。
ここで、空気流路64のうち大気バルブ84を介して空気室66と連通する部分を第1の流路、空気流路64のうちファン68と連通する部分を第2の流路、空気流路64に連通し大気に解放されている部分を第3の流路とする。この場合、第1の流路と第2の流路とが直線状に連通し、その連通部にさらに第3の流路を連通(結合)させた構成になっている。また第1、第2、第3の流路は各1本に限定されるものではなく例えば第3の流路は複数で構成してもよく、また流路が途中で分岐したり、端部が枝分かれのようになっていても良い。また流路中や端部を壁で仕切り、壁に単数もしくは複数の連通穴を持つような構成でもよい。またファンの数も複数で構成してもよい。いずれにしてもファンの吸引力により、大気に連通した空気流路から空気が導入され、空気流路を通じて空気を吸引することでヘッドユニット内の圧力が減圧される構成であれば本発明の効果が得られることは明らかである。
このような構成においても、インクの吐出部に供給するインクの負圧制御を単純化し、それに伴う装置構成の簡略化によるコストダウンを実現可能なインク供給装置、インクジェット記録装置を実現できた。
(第4の実施形態)
更に、これまでの実施例では負圧発生手段を用いた方式でのインクジェット記録装置について説明して来たが本発明はこれに限定するものではない。一例として、ただインクタンクからの水頭差のみでノズル22kn負圧を与え、ファン68の代わりにインク吸引のためのポンプを設けて、貯留室22Krsにインク供給を行う方式のインクジェット記録装置においても適用でき効果を発揮する。この場合ではポンプ流路に気泡69が侵入することによる圧力安定性およびポンプ特性に影響をきたすことを防ぐことができる。
このように空気流路口1001に接続されるヘッドユニット22Kの外部機構は、如何なる機構も適用され、同様にして効果を実現させることができる。
なお、上記各実施形態においては、ヘッドユニット内の負圧を制御する制御部は、記録装置に備えられている例を示したが、これに限定するものではなく、インク供給装置としてヘッドユニットが備えていてもよい。
また、上記各実施形態では、フルラインタイプの記録装置の説明を行ったが、これに限定するものではなく、記録ヘッドの主走査と記録媒体の搬送とを交互に行うことによって記録を行うシリアルタイプの記録装置でもよい。
また、上記各実施形態では、負圧発生機構にプロペラタイプのファンである、いわゆる非容積型のポンプを用いているが、これに限定するものではなく、容積型のポンプを用いてもよい。
また、上記実施形態では、第1貯留部と第2貯留部とを中間チューブで接続し、その中間チューブがインクの供給と、第2貯留部から第1貯留部へ移動する気泡の通路と、を兼ねているが、これに限定するものではない。第1貯留部から第2貯留部へインクを供給するインク供給路とは別に、第2貯留部で発生した気泡を第1貯留部へ導く連通路を備えていてもよい。
なお最後に、本明細書でいう、「記録」(画像形成とも称する)とは、文字、図形等有意の情報を形成するものに限らない。つまり記録とは、有意無意を問わず、また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、または媒体の加工を行う場合も含むものとする。
また、「記録媒体」(シートとも称する)とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能なものも含むものとする。
さらに、「インク」とは、上記「記録」の定義と同様に広く解釈されるべきものである。つまりインクとは、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成または記録媒体の加工、或いはインクの処理(例えば記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固または不溶化)に供され得る液体を含むものとする。
また、本発明の装置にインク以外の液体を用いてもよいことは言うまでもない。
22K ヘッドユニット
22Kn ノズル
22Ks 吐出口面
22KSi 吐出部
50 キャップ
60 供給部
62 インク供給路
64 空気流路
66 空気室
68 ファン
69 気泡
71 気泡溜まり
72 供給ポンプ
84 大気バルブ
86 液面検出センサ
100 CPU
600 傾斜面

Claims (14)

  1. 記録媒体にインク滴を吐出するインク吐出部
    前記インク吐出部から吐出するインクを貯留する液室と、
    前記液室の上部に設けられる空気室と、
    前記液室と、前記空気室とを隔てる隔て部と、
    前記隔て部の端部に設けられ、前記液室と前記空気室とを接続する連通部と、
    前記液室の天面に設けられ、前記吐出部の吐出面に対して傾斜している、前記液室内の気泡を前記連通部に案内するガイド面と、
    前記空気室に設けられ外部と接続される空気流路口と、
    を備えたインク貯留装置であって、
    前記インク吐出部が形成された方向に関して前記インク貯留装置の一方の端部側には前記連通部が設けられ、前記インク吐出部が形成された方向に関して前記インク貯留装置の他方の端部側には前記空気流路口が設けられるとともに前記連通部が設けられていないことを特徴とするインク貯留装置。
  2. 前記空気室を構成する流路の断面は、前記液室を形成する流路の断面よりも大きくなるように構成する事を特徴とする請求項1に記載のインク貯留装置。
  3. 前記液室と、前記空気室と、前記ガイド面と、は共通の枠体に設けられている事を特徴とする請求項1または請求項2に記載のインク貯留装置。
  4. 前記空気室に浸入したインクの液面を検出するセンサを備えることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のインク貯留装置。
  5. 前記空気流路口を介して接続し前記空気室内の空気を大気に放出し減圧する減圧手段を有することを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のインク貯留装置。
  6. 前記液室にインクの供給を行うための供給口を備え、
    前記供給口は、前記他方の端部側に設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のインク貯留装置。
  7. 前記空気流路口にフィルタが設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載のインク貯留装置。
  8. 記録媒体にインク滴を吐出するインクジェット記録ヘッドにおいて、
    インク滴を吐出する吐出口と、
    前記吐出口から吐出するインクを貯留する液室と、
    前記液室の上部に設けられる空気室と、
    前記液室と、前記空気室とを隔てる隔て部と、
    前記隔て部の端部に設けられ、前記液室と前記空気室とを接続する連通部と、
    前記液室の天面に設けられ前記吐出部の吐出面に対して傾斜している、前記液室内の気泡を前記連通部に案内するガイド面と、
    前記空気室に設けられ、外部と接続される空気流路口と、
    を備えたインクジェット記録ヘッドであって、
    前記インク吐出部が形成された方向に関して前記インクジェット記録ヘッドの一方の端部側には前記連通部が設けられ、前記インク吐出部が形成された方向に関して前記インクジェット記録ヘッドの他方の端部側には前記空気流路口が設けられるとともに前記連通部が設けられていないことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
  9. 前記空気室を構成する流路の断面は、前記液室を形成する流路の断面より大きくなるように構成する事を特徴とする請求項8に記載のインクジェット記録ヘッド。
  10. 前記液室と、前記空気室と、前記ガイド面と、前記インク吐出部とは共通の枠体に設けられている事を特徴とする請求項8または請求項9に記載のインクジェット記録ヘッド。
  11. 前記空気室に浸入したインクの液面を検出するセンサを備えることを特徴とする請求項8ないし10のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッド。
  12. 前記空気流路を介して接続し前記空気室内の空気を大気に放出し減圧する減圧手段を有することを特徴とする請求項8ないし請求項11のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッド。
  13. 前記液室にインクの供給を行うための供給口を備え、
    前記供給口は、前記一方の端部側に設けられていることを特徴とする請求項8ないし請求項12のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッド。
  14. 前記空気流路口にフィルタが設けられていることを特徴とする請求項8ないし請求項13のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッド。
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