JP5492837B2 - インクジェット記録装置、インクジェット記録方法及びインクジェットヘッド用クリーニング装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、インクジェットヘッドのノズルからインクを吐出して記録するインクジェット記録装置に関する。

インクジェット記録装置では、インクジェットヘッドのノズルからインクを吐出するが、このインクの吐出が継続されると、ノズルの吐出側に設けられるノズル面にインクが付着して汚れが生じる。ノズル面が汚れると、吐出しようとするインクが引き寄せられて曲がったり、ノズル面に濡れ広がって用紙に着弾しなかったり、用紙を汚したりといった問題を起こす。

そこで、インクジェットヘッドのノズル面は定期的にクリーニングされるようになっている。このクリーニング時には、ノズル面を一旦インクで濡らし、この濡らしたインクとともに、汚れをクリーニング部材によって移動させる。

ノズル面をインクで濡らす方法としては、インクに正圧を供給してインク供給側からインクを溢れさせるか、又はノズル面を密閉して負圧を供給することにより、インクを吸い出してノズル面に付着させるかの何れかがある。

しかしながら、従来においては、ノズル面の全面を同時にインクで濡らしてからクリーニングを開始していたため、クリーニング部材がノズル面に沿って移動し終わらないうちにインクがノズル面から滴下してしまう。このため、インクが無駄になるとともに、周囲をインクで汚す、或いはノズル面を濡らすインクの量を適切に制御できずクリーニング性能が低下する等の問題があった。

特開２００５−２８６７５号公報

解決しようとする課題は、インクを無駄にすることなく、ノズル面を良好にクリーニングできるようにしたインクジェット記録装置、インクジェット記録方法及びインクジェットヘッド用クリーニング装置を提供することにある。

上記した課題を解決するため、実施形態は、クリーニング部材の移動時に該クリーニング部材が対向する領域に位置するインクジェットヘッドのノズルから部分的にインクを排出させる排出手段と、前記ノズルから排出したインクを、前記クリーニング部材と前記インクジェットヘッドとが対向する間の空間に保持するとともに前記クリーニング部材の縁にメニスカスを形成する保持手段と、前記間の空間を減圧する吸引手段とを具備し、前記クリーニング部材が前記ノズル列に沿って前記メニスカスとともに移動し通過する間に前記保持手段に保持したインクを前記吸引手段から吸引する。

一実施形態であるインクジェット記録装置を示す構成図。 図１の吸引ノズルを示すもので、（ａ）はインクジェットヘッドのノズル側から見た平面図、（ｂ）はその斜視図、（ｃ）はその変形例を示す斜視図。 図１のインクジェットヘッドを示す斜視図。 図１のインクジェットヘッドのノズル面と吸引ノズル、インク保持部、親インク部エッジ及びメニスカスを説明する断面図。 図１のインクジェットヘッドのノズル面とワイパーブレード、インク保持部、親インク部エッジ及びメニスカスを説明する断面図。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、一実施の形態であるインク循環式のインクジェット記録装置を示すものである。

図中１は、大気開放される上流側サブタンクで、この上流側サブタンク１には上流側流路２を介してインクジェットヘッド３が接続されている。

インクジェットヘッド３には、下流側流路６を介して下流側サブタンク７が接続され、この下流側サブタンク７は大気開放されている。下流側サブタンク７の流入口には減速瓶８が設けられている。

インクジェットヘッド３の内部には図示しないノズル分岐点があってこの点で上流側流路２、下流側流路６と、ノズルへ連通する流路とが接続されている。

減速瓶８は下流側サブタンク７に流入するインクの流速を低下させるとともに、その方向を上向きにし、仮にインク中に空気が混入したとしても下流サブタンク液面から大気に開放させるものである。

下流側サブタンク７は、戻し流路１０を介して上流側サブタンク１に接続されている。戻し流路１０の中途部には、インクの流れ方向に沿って順次、第１のポンプ１１、フィルタ１２が配設されている。上記した上流側サブタンク１、上流側流路２、インクジェットヘッド３、下流側流路６、下流側サブタンク７、及び戻し流路１０によって循環路１３が構成されている。

第１のポンプ１１の流入側には、大気開放されるメインタンク１４がインク量調整流路１５を介して接続されている。インク量調整流路１５の中途部には第２のポンプ１６が設けられている。

上記した第１のポンプ１１は循環ポンプで、上流側サブタンク１のインク液面が上部側水位センサ２０によって下がったことが検出されると、下流側サブタンク７のインクを上流側サブタンク１へ戻すものである。第２のポンプ１６は、インク量調整用ポンプで、下流側サブタンク７の液面が下部側水位センサ２１によって下がったことが検出されると、メインタンク１４から循環路１３へインクを補給する。

なお、重力方向において、上流側サブタンク１は第１の位置に設けられ、インクジェットヘッド３は第１の位置よりも低い第２の位置に設けられ、下流側サブタンク１７は第２の位置よりも低い第３の位置に設けられている。

図３は、上記したインクジェットヘッド３を示す斜視図である。

インクジェットヘッド３は、下面側にノズル面３ａを有し、このノズル面３ａに複数個のノズル３ｃを配設している。複数個のノズル３ｃは、所定間隔を存して一方向に沿って配列されてノズル列３ｄを構成している。

上記した構成において、第１及び第２のポンプ１１，１６が動作されることにより、インクが循環され。これにより、インクジェットヘッド３にインクが供給されるとともに、ヘッド駆動信号２４に基づいてインクジェットヘッド３からインクが吐出されることになる。

インクの密度をρ（kｇ/ｍ^３）、重力加速度をg（ｍ/ｓ^２）、上流側サブタンク１のインク液面とインクジェットヘッド３のノズル面３ａの高低差をＰ１/ρg（ｍ）、インクジェットヘッド３のノズル面３ａと下流側サブタンク７のインク液面の高低差を−Ｐ２/ρg（ｍ）とする。

このとき、上流側サブタンク１内のインクは、ノズル面３ａの高さの大気圧のインクを基準にして、単位体積当たりエネルギー、Ｐ１（Ｐａ）を持っている。下流側サブタンク７内のインクは、同じ基準で単位体積当たりエネルギー、Ｐ２（Ｐａ）を持っている。

ここでＰa（パスカル）は「単位体積当たりエネルギー」の単位で、圧力の単位と等しい。

図の構成の場合、上流側サブタンク１のインク液面はノズル面３ａよりも高く、下流側サブタンク７のインク液面はノズル面３ａよりも低いので、Ｐ１は正の値、Ｐ２は負の値であるが、これに限らない。

上流側サブタンク１からインクジェットヘッド３内のノズル分岐点までの上流側流路２の流路抵抗をＲ１（Pa・sec/ｍ^３）、インクジェットヘッド３内のノズル分岐点から下流側サブタンク１７までの下流側流路６の流路抵抗をＲ２（Pa・sec/ｍ^３）とすれば、循環路１３には、
Ｑ(ｍ^３/sec)＝（Ｐ１−Ｐ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）の流量でインクが流れる。

ノズル圧力Ｐｎは、Ｐｎ＝Ｐ２＋（Ｐ１−Ｐ２）・（Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２））となる。

良好な印字を行う為に、Ｐｎは−１０００Ｐａ程度の負圧とする。

ところで、上記したインクジェットヘッド３の下面側にはスライダ２３が設けられている。スライダ２３上には吸引ノズル２８が設けられ、矢印方向に沿って左右に移動するようになっている。

インクジェットヘッド３には、ヘッド駆動信号路２４を介してメンテナス制御装置２５が接続され、このメンテナス制御装置２５には、スライダ駆動信号路２６を介して上記スライダ２３が接続されている。

吸引ノズル２８には、回収路２９を介して減圧瓶３０が接続されている。減圧瓶３０には吸引路３２を介して第３のポンプ３３が接続されている。

吸引ノズル２８、スライダ２３、減圧瓶３０、及び第３のポンプ３３は、インクジェットヘッド３のノズル面３ａをクリーニングする為の吸引機構３５を構成している。減圧瓶３０と第３のポンプ３３は吸引ノズル２８からインクを吸引する為の負圧を与えるものである。

吸引ノズル２８はスライダ２３によってヘッド３のノズル３ｃの並び方向に移動できるようになっており、インクジェットヘッド３のノズル面３ａから０．１ｍｍのギャップを持ってノズル面３ａに沿って移動される。

メンテナンス制御装置２５は吸引開始信号(番号未定)を介して第３のポンプ３３を起動可能に構成されている。第３のポンプ３３を起動すれば吸引路３２を介して減圧瓶３０が減圧されるとともに、回収路２９を介して吸引ノズル２８とインクジェットヘッド３のノズル面３ａとの間の０．１ｍｍのギャップが減圧される。

メンテナンス制御装置２５はまた、インクジェットヘッド３の複数のノズルのうち任意のノズル３ｃに対応する図示しないアクチュエータを駆動して当該ノズルからインクを吐出する為のヘッド駆動信号と、吸引ノズル２８を走査する為のスライダ駆動信号を発生可能になっている。メンテナンス制御装置２５はスライダ駆動信号を発生して吸引ノズル２８を走査するとともに、ヘッド駆動信号を発生して吸引ノズル２８の吸引面に対向するエリアのノズル３ｃだけからインクを吐出するように制御するようになっている。

メンテナンス制御装置２５はまた、図示しない印刷制御装置から通常印刷のためのヘッド駆動信号を受け取ってそれをそのままヘッド駆動信号２４へ流すよう切り替えることも可能に構成されている。

スライダ２３はまた、通常印刷を行う場合には、吸引ノズル２８を印刷の邪魔にならない場所へ退避させることが可能に構成されている。

図２（ａ）は、上記した吸引ノズル２８の吸引面を図１の上方から見た平面図である。

吸引ノズル２８の吸引面にはその両側部、及び一端部に沿って撥インク部３８が形成されているとともに、撥インク部３８に囲まれるエリアには親インク部３９が形成されている。親インク部３９はノズルから排出されたインクを蓄え、この範囲内で後述するようにクリーニングが行なわれるようになっている。

また、親インク部３９には一対の吸引口３６が穿設され、これら吸引口３６は図３に示すノズル列３ｄに対向しないように配置されている。すなわち、吸引ノズル２８がノズル面３ａに沿って走査する際に、一対の吸引口３６の中間にノズル列３ｄが対向する位置関係となっている。ノズルから吐出されたインクを直接、減圧瓶３０へ送らず、親インク部３９に一旦インクを蓄える目的でこのような配置としている。

図２（ｂ）は、上記吸引ノズル２８の斜視図である。上記吸引ノズル２８の周囲壁は吸引面と直角のエッジを成し、周囲壁へインクが回り込むことを防いでいる。エッジ付近の周囲壁は撥インク処理されている。

吸引ノズル２８の吸引面のうち少なくとも親インク部３９の幅、即ちクリーニング幅の部分はノズル面３ａから０．１ｍｍのギャップを持ってノズル面３ａに沿って移動されるが、撥インク部３８のうちクリーニング幅Ｈの外側部分はノズル３ｃ近傍に対向しないので、ノズル面３ａに直接接触する構造であっても良い。即ち例えば図２（ｃ）のようにしてこの部分の撥インク処理層に０．１ｍｍの厚みｈを持たせ、この厚みｈによってノズル面３ａと親インク部３９との間に０．１ｍｍのギャップを確保する構造であっても良い。

次に、インクジェットヘッド３のノズル面３ａのクリーニング方法について説明する。

図４は、クリーニング中の吸引ノズル２８、親インク部３９、親インク部エッジ２８ｄ、ノズル面３ａの関係を説明する断面図である。

まず、メンテナンス制御装置２５は、吸引開始信号(番号未定)を介して第３のポンプ３３を起動し、減圧瓶３０を減圧する。次にメンテナンス制御装置２５からスライダ駆動信号、及びアクチュエータを駆動するヘッド駆動信号が発生される。これにより、吸引ノズル２８がインクジェットヘッド３のノズル面３ａに沿って移動されるとともに、この移動する吸引ノズル２８に対向するエリアのノズル３ｂだけからインクが吐出される。

これによって吸引ノズル２８の親インク部２８ｄとインクジェットヘッド３のノズル面３ａとの間の０．１ｍｍのギャップ、即ちインク保持部４０にインクジェットヘッド３のノズル３ｂから吐出されたインクが満たされて吸引ノズル２８とともに進行方向に進む。

インク保持部４０に溜めたインク４１は親インク部エッジ２８ｄとノズル面３ａとの間にメニスカス４２を形成する。このメニスカス４２は吸引ノズル２８とともにノズル面３ａに沿って走査される。ノズル面３ａ上に付着したインクミストや汚れはインク保持部４０に溜めたインク４１が親インク部エッジ２８ｄのメニスカス４２とともに進行方向に移動し、ノズル面３ａ上のインクミストや汚れが除去される。

インク保持部４０に保持されるインクの量は、減圧瓶３０に与える圧力と、ノズル３ｂから吐出するインクの量の何れか又は両方を調節することにより調節できる。このインクの量は、親インク部エッジ２８ｄに均一なメニスカス４２が形成されるよう調節する。

クリーニングに使われた余剰のインクは、減圧瓶３０へ吸引され、当該範囲のヘッドノズル面３ａが効果的にクリーニングされる。

なお、このクリーニング時には、吸引ノズル２８の吸引中心から、図の矢印方向、即ちスライダ２３による進行方向の範囲を、図の矢印の反対方向、即ち進行方向の反対側の範囲より多くインクを吐出させるか、若しくは吸引中心から図の矢印方向の範囲のみからインクを吐出させると良い。吸引ノズル２８の吸引中心よりも矢印の反対方向範囲であまり多くのインクを吐出すると吸引によって除去しきれなくなる虞れがあるからである。

また、吸引ノズル２８の面積を広く設定する等して吸引ノズル２８とインクジェットヘッド３のノズル３ｄとの間のギャップ部分から大気圧に至る流路抵抗を大きく取れば、吸引によってこのギャップ部分の圧力が減圧されることによってノズル３ｄからインクが排出され、インクを吐出しなくても親インク部３９を濡らすことができ、アクチュエータを駆動してインクの吐出を行うことを省略することが可能となる。

上記したように、この実施の形態によれば、インクジェットヘッド３のノズル面３ａに沿って移動する吸引ノズル２８に対向するノズル３ｂからのみインクを排出させていくため、排出されたインクは、確実に吸引ノズル２８とノズル面３ａとの間のギャップに満たされる。

従って、従来のように、インクジェットヘッドのノズル面の全てのノズルから同時にインクを吐出させる場合のようにインクを無駄に滴下させてしまうことがなく、効率よく、クリーニングすることが可能となる。

なお、上記した実施の形態では、吸引ノズル２８を用いたが、これに限られることなく、吸引機能の無い板状のワイパーブレードを用いても良い。

図５は、図４における吸引ノズル２８を、ワイパーブレード４５に置き換えている。ワイパーブレード４５は全体が親インク性である。図５ではワイパーブレード４５とノズルプレートとの間に僅かな隙間を設けているが、ワイパーブレード４５がノズル面３ａに傷をつけるおそれのない柔らかい材料で形成されている場合には直接インクジェットヘッド３のノズル面３ａに接触させて走査の最後に余剰インクを掻き落とすようにしてもよい。

ワイパーブレード４５をノズル並び方向に移動させ、この移動に同期してワイパーブレード近傍でかつワイパーブレード４５よりも進行方向側のヘッドノズルに対応するアクチュエータを順次駆動して、当該のノズル３ｂからインクを吐出させる。ワイパーブレード４５の先端部周辺にはインク４１が溜まり、インク保持部４０が形成されるとともに、ワイパーブレード４５の先端部の図５左側、即ち進行方向の反対側部分の、ワイパーブレード４５とノズル面３ａとの間には、メニスカス４２が形成される。

前記アクチュエータの駆動は、頻度が高すぎるとインク保持部４０が膨らんで過剰なインクが周囲を汚してしまうので、少量とするか、又は間欠的に行うと良い。

このようにインク保持部４０のインク４１及びメニスカス４２を一緒に移動させることにより、良好なクリーニング効果が得られる。

なお、上記したクリーニング方法は、ノズルの背面、或いは圧力室をインクが循環するタイプのインクジェットヘッドに用いられる場合が特に有効である。以下にその理由を説明する。

ノズルの背面、或いは圧力室のインクがノズルの方向にだけ流れ、これとは異なる向きの流れの経路、即ちインクの循環路を持たないエンドシュータタイプのインクジェットヘッドでは、不吐出が生じるとノズルの背面、或いは圧力室に気泡が生じることがある。この気泡はインクの圧力上昇を阻害する。この場合、表面をクリーニングするだけでは不吐出を回復できず、気泡を取り除く為の操作が別に必要となる。さらに、圧力上昇が阻害されている状態では、インクジェットヘッドのアクチュエータを駆動したとしてもインクジェットヘッドのノズルからインクを出すことができない。即ち、このようなヘッドの場合にアクチュエータを駆動してインクジェットヘッドのノズルからインクを吐出させ、このインクを用いてクリーニングすることが可能であるのは、ノズル背面、或いは圧力室に気泡が生じていないケースに限られ、即ち、本発明に記載された機構を用いてノズル面をクリーニングするだけで不吐出が回復できる場合は限定されている。

これに対して、ノズルの背面、或いは圧力室のインクを循環流によって押し流すことができる循環式のインクジェットヘッドでは、気泡がノズルの背面、或いは圧力室にとどまるということが起きない。仮に不吐出によってノズルの背面、或いは圧力室に気泡が生じたとしても次の瞬間には気泡は下流側に押し流される。従ってアクチュエータを動かせばインクはいつでも吐出させることができる。このため循環式のインクジェットヘッドでは本発明に記載された機構を用いてノズル面をクリーニングするだけで、殆どの不吐出が回復できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

３…インクジェットヘッド、３ａ…ノズル面、３ｄ…ノズル列、２５…メンテナンス制御装置（制御手段）、２８…吸引ノズル（クリーニング部材）、２９…回収路、３０…減圧瓶、３３…吸引ポンプ、３６…吸引口、３９…親インクエリア、４０…インク保持部、４５…ワイパブレード。

Claims (12)

1. ノズル面に所定方向に沿って配列されるノズル列を有し、このノズル列からインクを吐出するインクジェットヘッドと、
   このインクジェットヘッドのノズル面に対向し、前記ノズル列に沿って移動するクリーニング部材と、
   このクリーニング部材の移動時に該クリーニング部材が対向する領域に位置する前記インクジェットヘッドのノズルから部分的にインクを排出させる排出手段と、
   前記ノズルから排出したインクを、前記クリーニング部材と前記インクジェットヘッドとが対向する間の空間に保持するとともに前記クリーニング部材の縁にメニスカスを形成する保持手段と、
   前記間の空間を減圧する吸引手段とを具備し、
   前記クリーニング部材が前記ノズル列に沿って前記メニスカスとともに移動し通過する間に前記保持手段に保持したインクを前記吸引手段により吸引することを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記排出手段は、前記インクジェットヘッドに駆動信号を与えてインクを吐出させるように制御することを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
3. 前記排出手段は、前記吸引手段の吸引中心から進行方向側の領域に反進行方向側の領域よりも多くインクを吐出させるように前記インクジェットヘッドに駆動信号を与える制御をすることを特徴とする請求項２記載のインクジェット記録装置。
4. 前記排出手段は、吸引手段の吸引中心から進行方向側の領域のみにインクを吐出させるように前記インクジェットヘッドに駆動信号を与える制御をすることを特徴とする請求項２記載のインクジェット記録装置。
5. 前記排出手段は、前記間の空間を減圧することによって前記インクジェットヘッドのノズルからインクを吸引し部分的にインクを排出させる請求項１記載のインクジェット記録装置。
6. 前記吸引手段は吸引口を有し、この吸引口は前記クリーニング部材の、前記インクジェットヘッドのノズルと対向しない部位に配設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記録装置。
7. 前記保持手段は、前記クリーニング部材の、前記インクジェットヘッドと対向する面に有する親インク領域であることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
8. ノズル面に所定方向に沿って配列されるノズル列を有し、このノズル列からインクを吐出するインクジェットヘッドと、
   このインクジェットヘッドのノズル面に対向するクリーニング部材と、
   このクリーニング部材を搭載し、前記クリーニング部材を前記ノズル列に沿って移動させるスライダと、
   このクリーニング部材の移動時に前記インクジェットヘッドに駆動信号を与えて該クリーニング部材が対向する領域に位置するインクジェットヘッドのノズルから部分的にインクを吐出させる排出手段と、
   前記ノズルから排出したインクを、前記クリーニング部材と前記インクジェットヘッドとが対向する間の空間に保持するとともに前記クリーニング部材の縁にメニスカスを形成する保持手段と、
   前記間の空間を減圧する吸引手段と、
   回収手段とを具備し、
   前記クリーニング部材が前記ノズル列に沿って前記メニスカスとともに移動し通過する間に前記保持手段に保持したインクを前記吸引手段により吸引し、前記回収手段に回収することを特徴とするインクジェット記録装置。
9. 前記回収手段は、前記スライダに回収路を介して接続され、前記吸引手段によって吸引されたインクを回収する回収容器を備えることを特徴とする請求項８記載のインクジェット記録装置。
10. ノズル面に所定方向に沿って配列されるノズル列からインクを吐出するインクジェットヘッドの前記ノズル面にクリーニング部材を対向させることと、
    前記クリーニング部材を前記ノズル列に沿って移動させて前記ノズル面をクリーニングすることと、
    前記クリーニング部材の移動時にインクジェットヘッドに駆動信号を与えて該クリーニング部材が対向する領域に位置する前記インクジェットヘッドのノズルから部分的にインクを排出させることと、
    この排出されるインクを、前記クリーニング部材と前記インクジェットヘッドとが対向する間の空間に保持手段によって保持するとともに前記クリーニング部材の縁にメニスカスを形成することと、
    前記間の空間を吸引手段により減圧することとを具備し、
    前記クリーニング部材が前記ノズル列に沿って前記メニスカスとともに移動し通過する間に前記保持手段に保持したインクを前記吸引手段より吸引することを特徴とするインクジェット記録方法。
11. ノズル面に所定方向に沿って配列されるノズル列を有し、このノズル列からインクを吐出可能なインクジェットヘッドのノズル面の一部に対向する親インク部分を有し、ノズル面と親インク部分との間の空間を所定に維持しつつ前記ノズル列に沿って移動するクリーニング部材と、
    このクリーニング部材に設けられ、前記インクジェットヘッドのノズルから前記ノズル面と前記クリーニング部材との間の空間に排出されるインクを保持するとともに前記クリーニング部材の縁にメニスカスを形成する保持手段と、
    前記間の空間を減圧する吸引手段とを具備し、
    前記クリーニング部材が前記ノズル列に沿って前記メニスカスとともに移動し通過する間に前記ノズル面と前記親インク部分との間の空間を前記吸引手段により減圧して前記保持手段に保持されたインクを吸引すること特徴とするインクジェットヘッド用クリーニング装置。
12. 前記インクジェットヘッドにヘッド駆動信号を与えて前記インクジェットヘッドのノズルから前記ノズル面と前記クリーニング部材との間の空間にインクを排出させること特徴とする請求項１１記載のインクジェットヘッド用クリーニング装置。

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